2017. már 17.

Buborékok fizikája

írta: fizikusmanó

mindenki fújhatja ...

forrás: pixabay.com

forrás: saját fényképek, amik a szappanbuborékokkal történő kísérletezés egyes fázisait mutatják be

Ahogy azt a célkitűzéseink között is szerepeltettük, a természettudományok iránti érdeklődés felkeltése a fő célunk, több korosztályban is. A középiskolás és az általános iskolás korosztályban egyaránt. Talán a blogot olvasó gyakorló szülőknek nem is kell megemlíteni, miszerint a kisgyerekek a nap folyamán körülbelül ezerszer (1000!!) képesek kiejteni a szájukon azt, hogy MIÉRT? A legtürelmesebb szülő is belefárad, és szinte már örül, amikor a gyerek felhagy ezzel a szokásával... PEDIG akkor kellene igazából elszomorodni, mert akkor kezdi a világot elfogadni úgy, ahogy azt megtapasztalja, és nem akarja kibelezni a macit, szétszedni a méregdrága távirányítós autót, stb.

Ez az az időpont, amikor érdeklődő gyermekünk egy egyszerű, padban ülő kisiskolássá válik, akinek a legjobb esetben aranyos, kedves, tapasztalt, lelkes és türelmes tanítónénije/bácsija lesz.

Ekkor kezdik el módszeresen kiirtani belőlük az érdeklődést, a felfedezés, a megismerés örömét. Félreértés ne essék! Nem a tanárok/tanítók rendelkeznek ezzel a "csodaszép" célkitűzéssel, hanem ezt erőltetik rájuk a körülmények, egy olyan tanmenettel, amit évről-évre képtelenség leadni! Igen, ezt a szót használtam, hogy leadni, pedig ismertetni, megtanítani, elsajátítani kellene. Legjobb esetben pedig kompetenciákat kialakítani és fejleszteni azért, hogy a gyerek, a leendő felnőtt, állampolgár képes legyen új ismereteket önállóan elsajátítani a jövőben, sőt mi több, igénye is legyen rá.

Sajnos nap, mint nap tapasztaljuk, hogy a már hozzánk kerülő, okos, értelmes 14-15 évesek nem nagyon gondolkodnak el a miérteken, nem érdekli őket a jelenségek mögötti történés. A tapasztalataink szerint a középiskolás diákok jobban megértik a fizikai folyamatokat például, ha azokat a társaiknak, vagy kisebbeknek kell elmagyarázniuk. Ezért vezettük be a mentor programunkat, olyan módon, ahogy azt még máshol széleskörűen nem tapasztaltuk. A felkészülési időszakban, a középiskolás diákjaink egyszerű, de érdekes, látványos kísérleteket, bemutatókat állítanak össze a felkészítő tanárral, akivel közösen természetesen a fizika nyelvén el is sajátítják a jelenséggel kapcsolatos tudnivalókat. Vagyis nem "csak játszanak", komolyan tanulnak is! Majd, ezeknek a mentoroknak a vezetésével, csoportoknak bemutatókat szervezünk a környező, jelentkező általános iskolákban, és a kisdiákok figyelmét, érdeklődését ezeken a bemutatókon keresztül próbálják felkelteni. Óriási sikerük szokott lenni ezeknek a bemutatóknak, a kisdiákok rendszeresen feltett kérdései között pedig mindig ott van az is, hogy ha én a ti sulitokba megyek, akkor én is tudni fogom mindezt? A mentordiákoknak nagy elégedettséget szokott jelenteni a sok-sok érdeklődő kisgyerek, és az a pillanat, amikor az általános iskolásokon látni lehet, hogy megértették a jelenséget, és az, hogy ezt ők, a mentorok érték el.

Kukkantsunk be a mentorok felkészítő programjának egyik foglalkozására. A szappanbuborékok fizikájával foglalkoznak éppen. A jó, tartós szappanbuborék elkészítésének a receptje nem olyan egyszerű, ahogy gondolnánk, miszerint víz+szappan. Az általunk alkalmazott recept:

1 liter víz

1/2 liter mosogatószer

5 evőkanál glicerin

egy kevés cukor (mi egy evőkanálnyit tettünk ennyi folyadékhoz)

A felhasználás előtt legalább néhány órát pihentetni kell a hűtőben a folyadékot, de jobb ha egy egész napot a hűtőben tároljuk.

Amkor a diákokkal a buborékokat tárgyaljuk, nem egyszerű ám a feladat, hiszen több ún. tudományterületet is érint a téma, nagyon sokat és széleskörben lehet foglalkozni vele.

Melyek ezek a tudományterületek?

Matematika: itt a minimálfelületekről kell beszélnünk

Amikor szappanhártya-kísérleteket végzünk a diákjainkkal, azok nagyon világosan megmutatják nekünk, hogy a felületi feszültség a folyadékhártyát az adott körülmények között elérhető legkisebb felületűre húzza össze. Vagyis a minimum energiára törekszik a rendszerünk. Ugyanúgy, mint a lusta diák, vagy a mérnökök. Egy professzorunk az egyetemen, aki sajnos már az örök vadászmezőkre távozott közülünk, mondta mindig, hogy a legjobb mérnök a lusta mérnök, mert az mindig kigondol valamit, hogy neki ne kelljen dolgoznia :-).

A minimálfelületek kialakulására alkalmasak az általunk, vagy diákjaink által elkészített térbeli drótkeretek. Ahogy azt a következő képeken is láthatjátok, a diákok különböző geometriai formákat készítettek el drótból. Példaként hozhatjuk a szabályos tetraéder alakú drótkeretet. Ekkor a szappanhártya 6 azonos paraméterekkel rendelkező háromszöget fog létrehozni. Matematikailag ezeknek a háromszögek felületeinek az összege kisebb mint az alap tetraéder felülete. Mindezt a GeoGebra programmal ellenőrizhetjük is. Ez egy olyan matematikai program, amit sokrétűen alkalmazhatunk a tanításban ... is...segítségével függvényeket, algebrai számításokat és geometriai szerkesztéseket szemléltethetünk. Hátha így a gyerek is megszereti a szerkesztést, amit sokszor nem találnak érdekesnek a diákok. Ennek a hasznos kis programnak megjelent a kisiskolásoknak szánt változata is, a GeoGebraPrim.

Biológia: Sejtmembránok szerkezete és tulajdonságai.

forrás: tankönyvtár.hu

Kémia: Molekuláris felépítés (habok)

Ha habról beszélünk, legtöbbünknek a szappanhab jut elsőre az eszünkbe, de akik szeretnek főzni, a tojásfehérje (=protein) habosításáról is szólhatnak, ami villával, de még habverővel is, elég hosszadalmas művelet. Akik esetleg már elgondolkoztak a habokon megemlíthetik a műanyag és a fémhabokat is. De mi is a hab, szerkezetileg? Tulajdonképpen az adott anyag + valamilyen gáz. A tojáshab esetén a tojásfehérje + levegő, a szappanhabnál, a szappan + levegő, a fémhabnál például alumínium + széndioxid, a műanyag szivacsnál a műanyag + gáz, vagy a sörnél az erjedéskor az élesztő baktériumok által megtermelt gáz habosítja fel a sört. A nagy-lyukú sajtokat is tulajdonképpen sajthabnak hívhatnánk.De a kenyérben, a bél szerkezete is az élesztőnek köszönhetően alakul olyan habos szerkezetűvé. És még sorolhatnánk nagyon sokáig a példákat. Vagyis a felsoroltakból kiderülhet, hogy kétféle technikával számolhatunk az kelesztés/erjesztés és a buborékoltatás (=gázbevezetés). A habosítás lehet még zártcellás, vagyis a gáz bent marad a szerkezetben, vagy nyitott cellás, vagyis a gáz a szerkezetből, annak nyitottsága révén távozik.

Mire is használhatjuk a fémhabokat például;

Szerkezete miatt (50 % minimum gáz) szuperkönnyű szerkezeti anyagok készíthetők belőle nagy teherbírással, járművek ütközéseinél az elnyelők, amortizátorok, protézisek (itt az android korszak!), és minden más, ami még az eszünkbe juthat!

Az élet legnagyobb titka és ajándéka, ha két "egyféle" ember találkozik. - Márai Sándor idézet, amit egy kissé viccesen a habokra alkalmaztam, amikor felfedeztem ezt a nagyon jó kis képet a két hab találkozásáról:

forrás:pixabay.com

Fizika: Felületi feszültség, elvékonyodás, áramlások, modellezések

Hol találkoztunk még a felületi feszültséggel? Például a vízen járóknál, na nem Jézusnál ebben az esetben, hanem a vízi molnárkánál például! Itt az óriásmolnárkáról is olvashattok. Vagy buborék biztosítja a létét a kedvenc rajzfilmem egyik főszereplőjének is, a Vizipóknak, ami hivatalosan búvárpók vagy vízipók (Argyroneta aquatica), aki a potrohán található szőrszálak között visz le magával légbuborékot a vízalatti élőterébe.

Művészetek: építészet (lásd pld a kínai olimpia épülete - water cube, vagy kedvenc könyveim egyikében Asimov: Alapítvány Trilógia - a Trantor bolygó teljes felülete beborítva kupolákkal.), a festészet.