Proiectele științifice privind modul în care apa caldă și rece schimbă un balon permit elevilor să exploreze conceptele de densitate a materiei, presiunea aerului și tensiunea superficială. Când un balon este expus la căldură sau frig, gazul din interiorul cauciucului se va extinde sau se va contracta. Modificarea dimensiunii balonului devine un indicator vizual al modificării presiunii aerului. Adăugarea de apă caldă și rece la un experiment le permite studenților să exploreze proprietățile lichidelor.
Presiunea aerului
Investigați presiunea aerului într-un experiment simplu cu un balon, o sticlă și o tigaie cu apă fierbinte. Umflați balonul, dar nu-l înnodați. Intinde-l peste gura unei sticle goale. Puneți sticla într-o tigaie umplută cu apă fierbinte. Lăsați acest experiment în pace pentru câteva minute și reveniți pentru a observa schimbarea dimensiunii balonului. Rețineți că aerul fierbinte din interiorul sticlei s-a mutat în balon, determinând creșterea încălzirii gazului din interiorul balonului. Observați modul în care moleculele de gaz încălzite se resping reciproc, forțând balonul să se extindă.
Extinderea și contracția aerului
Măsurați modificările dimensiunii unui balon atunci când sunteți expus la medii calde și reci. Adunați trei baloane identice, un termometru și o măsurătoare cu bandă. Umflați baloanele. Măsurați temperatura camerei, apoi măsurați circumferința baloanelor. Luați în considerare faptul că apa se poate transforma în gaz sau solid în funcție de temperatură. Folosiți un duș într-o baie mică pentru a crea un mediu plin de abur. Măsurați temperatura băii și puneți cele trei baloane în aer cald. Așteptați aproximativ 10 minute sau până când observați că baloanele se extind. Măsurați circumferințele lor. Puneți baloanele la temperatura camerei, care ar trebui să dureze aproximativ 20 de minute. Măsurați temperatura unei cutii mari de gheață. Puneți baloanele în aer înghețat. Așteptați 10 minute, scoateți baloanele și apoi măsurați circumferința lor. Luați în considerare modul în care aerul cald ocupă mai mult spațiu decât aerul rece, luând în considerare modificările dimensiunii unui balon atunci când sunt plasate în medii cu temperaturi diferite.
Amestecând apă caldă și rece
Investigați ce se întâmplă cu un balon când se amestecă apă caldă și rece. Adunați două borcane înguste și un card de plastic care poate fi strecurat între borcane pentru a preveni scurgerea apei dintr-un borcan în celălalt. Se toarnă apă fierbinte într-un borcan și apă rece în celălalt. Așezați cardul peste gura borcanului fierbinte și inversați borcanul peste cel rece, apoi glisați rapid cardul afară. Puneți un balon peste gura borcanului rece. Măsurați circumferința balonului atunci când acesta atinge diametrul maxim. Repetați experimentul; cu toate acestea, inversați borcanul cu apă rece peste cel fierbinte. Observați diferența în mărimea celor două baloane, chiar dacă utilizați aceleași cantități de apă caldă și rece. Explicați cum o modificare a procedurii determină variația temperaturii suprafeței apei, ceea ce afectează dimensiunea balonului.
Fronturi fierbinți și reci
Utilizați baloane și apă caldă și rece pentru a explora evenimentele meteorologice, cum ar fi atunci când un front cald întâlnește un front rece. Adunați două borcane și coloranți alimentari. Se toarnă apă fierbinte într-un borcan și apă rece în celălalt. Folosiți colorant alimentar pentru a eticheta borcanele, apoi combinați conținutul borcanelor într-un castron. Observați și înregistrați cum se amestecă același lichid la două temperaturi diferite. Adună două baloane. Umpleți una cu apă rece și cealaltă cu apă fierbinte. Desenați o baie fierbinte. Așezați baloanele de apă în cadă și observați cum se mișcă. Observați cum baloanele se resping reciproc ca uleiul și apa. Luați în considerare modul în care balonul rece se scufundă datorită densității sale mai mari.