Invitation to Science InquiryInvitation to Science Inquiry : Millised on õhu omadused?

Millised on õhu omadused?

1.1 Õhupüüdja

Püüame kilekotti õhku, veendume, et sinna tõepoolest jääb midagi.

Vahendid:

1. Üks võileibade hoidmiseks mõeldud kilekott õpilase kohta
2. Keskmise suurusega kilekott

Protseduur:

Õhupüüdja

1. Võta keskmise suurusega kilekott, ava selle suu ning küsi õpilastelt: Mis on kilekotis? (Oodatav vastus: mitte midagi).

2. Liiguta seejärel kilekotti kahe käega edasi tagasi (justkui püüdes mõnd putukat kotti püüda) ning sulge siis kiiresti kotisuu seda väänates.

3. Küsi õpilastelt: Mis nüüd kilekoti sees on?

4. Jaga võileivakotid õpilastele laiali ja lase neil oma koha peal õhku kotti püüda ilma sinna sisse puhumata.

Mis täitis kilekotte?
Kas me saame püüda õhku tooli alla või ukse taha?
Kas õhk on igal pool samasugune?
Kuidas veel kotti täita saaks?
Kas kilekotis olev materjal oleks sama, kui me sellesse puhuksime?
Kuidas teha nii, et kilekott püsiks ,,täis” olekus?
Mis juhtuks, kui väikest ,,täis” kilekotti teise käe labaga lüüa?

Selgitus Õhku leidub igal pool. Kilekott võib olla õhuga täidetud laua peal, laua all, ukse taga või igal pool mujal, kus on samasugune õhk. Kotti saab täita ka sellesse puhudes, kuid sellisel juhul täidaks kotti väljahingatav õhk, milles on rohkem süsinikdioksiidi (CO2) ja veeauru. Kui täidetud kilekotti kahelt poolt kätega kokku lüüa, puruneb see valju pauguga. Selle paugu põhjustab rebitud kilekotist välja purskuva õhu kiire paisumine. Selle nähtuse heaks näiteks on õhupalli purunemine.

1.2 Kott ja pudel

Purgi sees olevat ruumi täitev õhk on see, mis takistab kilekoti purki surumist pärast selle purgi külge teipimist.

Vahendid:

1. Üks või kaks kilest võileivakotti
2. Üks või kaks suure avausega klaaspurki (kurgipurki)
3. Läbipaistev või mitteläbipaistev kleeplint

Protseduur:

Kott ja pudel

1. Aseta kilekott pahupidiselt purgi avause kohale ning puhu sellesse veidi õhku nii, et kott jääks täis olekusse (vt Joonis A)

2. Teibi kilekott õhukindlalt purgi avause külge

3. Palu nüüd mõnel õpilasel proovida kotti purki suruda (ilma seda purustamata): seda ei saa teha!

4. Aseta järgmine kilekott teise purgi sisse (või kasuta sama purki ja kilekotti) ning lase koti äärel rippuda üle purgi avause äärte (vt Joonis B)

5. Teibi kilekott õhukindlalt purgi avause külge ning palu mõnel õpilasel proovida kotti purgist välja tõmmata (ilma seda purustamata): seda ei saa teha!

Enne kilekoti asetamist purgi kohale, küsi: Mis on purgi sees? Mis on kilekoti sees?
Mis hoiab kilekotti purgist väljas? (kui proovida seda sisse suruda)
Mis hoiab kilekotti purgi sees? (kui proovida seda välja tõmmata)
Kuidas oleks võimalik kilekott purgi sisse saada ilma sellesse auku tegemata?

Selgitus Purgi sees olevat ruumi täitev õhk on see, mis takistab kilekoti purki surumist pärast selle purgi külge teipimist. Proovides kilekotti purki suruda, suurenes purgi sees olev rõhk (sest ruumala vähenes), mistõttu püsib kilekott purgi kohal. Proovides kilekotti purgist välja tõmmata, vähenes purgi sees olev õhurõhk, sest ruumala suurenes. Seetõttu püsib kilekott purgi sees. Välise õhu rõhk hoidis kilekotti purgis. Esimest olukorda kohtame me tihti, kui proovime kokku voltida õhkmadratsit või täispuhutavat mänguasja.

1.3 Õhu valamine vee all

Vahendid:

1. Kaks klaasist või plastmassist topsi
2. Suur läbipaistev klaasanum (nt väike akvaarium)

Protseduur:

1. Täida plastmassist või klaasist anum umbes kolmveerandi ulatuses veega

2. Hoia mõlemas käes üht topsi ning suru need vee alla

3. Täida üks tops veega, hoides seda kallutatult, lastes kõik mullid välja (ühtegi mulli ei tohi topsi jääda)

4. Nüüd on meil ühes käes veega täidetud tops ning teises käes õhuga täidetud tops (jätkuvalt vee all)

5. Suru nüüd õhuga täidetud tops teisest topsist veidi allapoole ning vala topsi kallutades õhk ühest topsist teise (püüa mullid kinni; vt Joonis)

6. Seda saab korrata, valades mullid tagasi esimesse topsi

Enne topside vette surumist küsi õpilastelt: Mis on topsides? (Oodatav vastus: mitte midagi)
Topside vette surumise ajal küsi õpilastelt: Miks ei sisene vesi topsi?
Miks tõusevad mullid ülespoole mitte ei lange anuma põhja?
Kas veega täidetud topsi saab hoida osaliselt veetasemest ülal ilma, et vesi topsist välja voolaks?

Selgitus Õhk võtab enda alla ruumi ja seda ka topsi sees. Topside vette surumise ajal olid need täidetud õhuga, mistõttu ei saanud vesi topsi siseneda. Hoides ühte topsi kallutatult, saavad mullid vabalt väljuda ning vesi nende asemele liikuda. Õhk on oma kaalult palju kergem kui vesi, mistõttu tõusevad mullid ülespoole mitte ei lange allapoole. Veega täidetud topsi saab tõepoolest hoida veetasemest kõrgemal ilma, et vesi sellest väljuks, sest atmosfäärirõhk surub veepinnale.

1.4 Kuiv paber vees

Õhk võtab end alla ruumi. Klaas on seega õhuga täidetud olenemata sellest, kas see on õiget või pahupidi. Ja vesi ei pääse sinna niisama lihtsalt sisse.

Vahendid:

1. Kuiv klaas või läbipaistev plasttops
2. Suur katseklaas või läbipaistvast plastmassist anum (piisavalt suur, et sellesse oma käsi pista)

Protseduur:

Kuiv paber vees

1. Täida suur anum umbes 2/3 ulatuses veega

2. Suru paberitükk kägarasse ning vajuta see klaasi või plasttopsi põhja

3. Pööra klaas ümber (veendudes, et paberitükk püsib selle põhjas) ning suru see täies ulatuses vee alla. Hoia klaasi võimalikult püstiselt

4. Võta klaas uuest veest välja ja lase veel sellelt maha tilkuda (ilma klaasi raputamata)

5. Võta kägarasse surutud paberitükk klaasist kuiva käega välja ning lase õpilastel veenduda, et paber on kuiv

Enne kägarasse surutud paberi topsi asetamist küsi õpilastelt: Mis on topsis? (Oodatav vastus: mitte midagi)
Enne klaasi vette surumist küsi õpilastelt: Mis on topsis veel peale paberi?
Klaasi vette surumise ajal küsi: Miks ei sisene vesi klaasi?
Miks peab paberitükk olema kägarasse surutud?

Selgitus Õhk võtab end alla ruumi. Klaas on seega õhuga täidetud olenemata sellest, kas see on õiget või pahupidi. Lisaks kokkukägrdatud paberile on topsis ka õhku. Seetõttu ei saanud topsi vette asetamise ajal vesi sellesse siseneda. Niisis jäi paber täiesti kuivaks. Seda õhu omadust rakendatakse tihti olukordades, kus inimesed peavad töötama vee all. Sellisel juhul pumbatakse õhku alasse, kus inimesed töötavad. Neid ümbritsevad aga veekindlad seinad.

1.5 Tühi karp ja küünal

Pascali seadus kehtib igasuguste vooliste, ka gaaside korral.

Vahendid:

1. Kleeplint
2. Tühi kingakarp
3. Sünnipäevaküünal ja tikud

Protseduur:

1. Näita tühja avatud kingakarpi õpilastele ja küsi: Mis on karbis? (Oodatav vastus: mitte midagi)

2. Tee karbi lühemale küljele küünlaleegiga samale kõrgusele väike avaus (umbes 0,5cm läbimõõduga). Teibi karbi kaas karbi külge

3. Süüta küünal ja aseta see karbi äärest umbes 5cm kaugusele (vt Joonis)

4. Löö karbi kaant järsult avatu käega (veendu, et avaus on küünlaleegiga samal joonel)

5. Küünla süütamist ja kustutamist võib korrata, järgides punkte 3 ja neli.

Mis puhus küünlalt leegi?
Kuidas mõjutas karbi kaane löömine karbi ruumala?
Kui kaugel saaks küünalt karbist hoida nii, et see karpi lüües ikkagi kustuks?
Mis juhtuks leegiga kui karbi kaant löömise asemel vaid õrnalt suruda?

Selgitus Kingakarp on õhuga täidetud ning selle kaanele lüües peab õhk liikuma väiksest avausest välja, kustutades seega küünlaleegi. Karbi kaanele lüües muutub selle ruumala hetkeks väiksemaks, sundides osa õhku karbist välja. Karbikaanele õrnalt surudes juhtub sama, mis juhtub siis, kui küünlaleegi suunas õrnalt puhudes. See katse näitab, et õhk täidab kogu ruumi meie ümber – isegi tühja karpi.

1.6 Takistav lehter

Pudelisse ei saa vett valada, kui õhk sealt välja ei pääse.

Vahendid:

1. Üks kahe avaga tihend ja üks ühe avaga tihend
2. Kaks ühesugust klaasist või plastmassist kitsa kaelaga lehtrit
3. Kaks identset tühja purki või pudelit

Protseduur:

Takistav lehter

1. Paigalda mõlemasse pudelisse tihendid koos lehtritega (vt Joonis). Ära ütle õpilastele, et ühes tihendis on kaks ava

2. Täida lehtrid veega: ühes katses voolab vesi pudelisse, teises jääb aga lehtrisse pidama

3. Võta kaheavalise tihendiga pudel ja hoia seda tavalisel viisil kaelast, asetades samal ajal avause peale oma sõrme. Nüüd vala lehtrisse uuesti vett

4. Võta üheavalise lehtriga pudel, tõmba tihend pudelist lahti, lastes veel pudelisse voolata

Enne vee valamist: ,,Mis on pudelis?”
Miks voolab vesi ainult läbi ühe lehtri?
Pärast sammu 3. sooritamist: ,,Miks peatab nüüd ka see lehter vee voolamise?”
Enne sammu 4. sooritamist: ,,Mida peaksime tegema, et vesi läbi selle lehtri voolaks?”

Selgitus Pudelid olid algselt täidetud õhuga. Kaheavalise tihendiga pudelist pääses õhk vabalt läbi teise augu välja, võimaldades veel läbi lehtri voolata. Üheavalise tihendiga pudelist ei saa õhk aga kuidagi välja, mistõttu vesi lehtrist edasi ei pääse. Selle nähtuse heaks näiteks on olukord, kus tahetakse lõhnaõlipudelit või ükskõik millist muud kitsa kaelaga anumat täita vee või mõne muu vedelikuga. Selleks hoitakse anumat suure vedelikujoa all, mistõttu õhk ei saa anumast välja ning vedelik ei pääse anumasse – anuma ainus ava on blokeeritud.

1.7 Tagurpidine veeklaas

Kui klaas on täies ulatuses veega täidetud, ei voola pahupidisest klaasist vesi välja.

Vahendid:

1. Läbipaistev klaas- või plasttops
2. Kandiline paberitükk (veidi suurem kui klaasi avaus)

Protseduur:

Tagurpidine veeklaas

1. Täida klaas kas pooleldi või täies ulatuses veega

2. Aseta paberitükk klaasi avausele

3. Aseta üks käsi paberile ning pööra klaas paberit paigal hoides ümber (tee seda kraanikausi kohal, et vett maha ei tilguks; veendu, et paberitükki hoidev käsi oleks kuiv)

4. Eemalda nüüd aeglaselt paberit paigal hoidev käsi

Miks peab antud paberitükk olema üpriski tugev?
Miks peame veenduma, et paberit klaasil hoidev käsi on kuiv? Mis juhtuks, kui käsi oleks märg?
Mis hoiab vett pahupidi keeratud klaasis kinni?
Kas klaasi saaks ilma vett maha pillamata hoida ka kallutatult?
Kas sama katset saaks sooritada ka teiste vedelikega (nt alkohol, õli, gaseeritud jook, jne)?

Selgitus Kui klaas on täies ulatuses veega täidetud, ei ole klaasis enam õhku ning seega ka õhurõhku. Seetõttu ei voola pahupidisest klaasist vesi välja, kuna atmosfäärirõhk surub klaasi allpoolsele küljele. Osaliselt täidetud klaasi puhul saab olukorda kirjeldada järgnevalt: klaasi ümber pööramise käigus tilgub osa veest välja, suurendades õhutasku ruumala ilma, et õhu kogus suureneks. Seega on taaskord väline õhurõhk suurem, hoides vett klaasis. Katse töötab ka alkoholi ja õli puhul, kuid gaseeritud joogi korral mitte, sest süsinikdioksiid avaldab vedeliku kohal olevale klaasile rõhku, takistades seega osalise vaakumi teket.

1.8 Kõrrega joomise võistlus

Läbi kõrre imemine ei pruugi mõnikord õnnestuda. Paneb mõtlema.

Vahendid:

1. Kaks ühesugust joogikõrt (ühel kogu ulatuse peale paar nõelaauku)
2. Kaks väikest topsi ja veidi mõnda limonaadi

Protseduur:

1. Täida mõlemad väiksed topsid pooleldi karastusjoogiga

2. Palu kahel õpilasel klassi ette tulla ning küsi: ,,Kumb suudab kiiremini limonaadi imeda?“ ning anna mõlemale kõrs (üks neist on muidugi auguline, kuid ära seda maini)

3. Loe kolmeni ning lase neil kõrrest joomist alustada

4. Lase kahel järgmisel õpilasel võistlust korrata (augulise kõrrega õpilane kaotab alati)

Mis sunnib vedelikku läbi kõrre liikuma kui me sellest joome?
Miks on läbi augulise kõrre palju raskem juua?
Mida me tegelikult tekitame, kui me kõrrega jooki imeme?
Kas meil oleks võimalik läbi kõrre juua kuid õhurõhk meid ei ümbritseks?
Kas kosmoses või kuul olev astronaut saab kõrrega juua?

Selgitus Kõrrest imedes tekitame me kõrres oleva vedeliku kohale osalise vaakumi ehk madalama rõhu. Atmosfääriõhu kõrgem rõhk surub vedelikku kõrres ülespoole, mistõttu jõuab see lõpuks suhu. Lekkiva kõrrega õpilane imeb sisse õhku ning ei saa seega vedeliku kohale vaakumit tekitada, mistõttu vedelik ülespoole ei liigu. Kui atmosfääris puuduks õhurõhk, ei saaks me kõrrega juua. Kui kuul oleva astronaudi suu oleks kõrre abil läbi skafandri lahtise vedelikku täis klaasiga ühendatud, ei saaks ta kõrrest imedes vedelikku juua, sest vedeliku pinnale ei mõjuks mingit rõhku.

1.9 Ülespoole kukkuv katseklaas

Teise katseklaasi sees olev katseklaas tõuseb alla kukkumise asemel üles, kui nende kahe vahelt vesi välja voolab.

Vahendid:

1. Kaks katseklaasi, kusjuures üks mahub täpselt teise sisse
2. Väike kogus värvainet sisaldavat vett

Protseduur:

Ülespoole kukkuv katseklaas

1. Täida suurem katseklaas pooleldi värvilise veega

2. Aseta väiksem katseklaas suurema katseklaasi sisse, lastes sel vabalt vee peal hõljuda; suru väiksemat katseklaasi veidi allapoole, lastes veel üle äärte tilkuda

3. Keera nüüd mõlemad katseklaasid üleliigse vee kogumise anuma kohal korraga pahupidi ning hoia kinni vaid suuremast (võib juhtuda, et liikumise alustamiseks pead sa väiksemat katseklaasi õrnalt ülespoole suruma

Mis juhtus katseklaasis oleva vee ruumalaga pärast katseklaaside ümber keeramist?
Miks liikus väiksem katseklaas ülespoole?
Kas katse toimuks samamoodi, kui sooritaksime seda Kuul?
Kas katse töötaks, kui sooritaksime seda Maa ümber tiirlevas kunstlikult survestatud satelliidis?
Kui suur on katseklaasi ülespoole lükkav jõud?
Kas selline „ülespoole kukkumine“ õnnestuks ka siis, kui kasutaksime palju väiksemat katseklaasi, mis hõljuks palju suuremas katseklaasis oleva vee peal? Miks? Miks mitte?

Selgitus Väiksemat katseklaasi tuleb suuremas katseklaasis vee ülevoolamise jaoks veidi allapoole lükata, veendudes nii, et kahe katseklaasi vahele ei jääks õhku. Pärast katseklaaside pahupidi pööramist tilgub vesi jätkuvalt kogumisanumasse, kahandades katseklaasis oleva vedeliku ruumala. Kuna väiksema katseklaasi kohal ei ole õhku, surub väline õhk seda ülespoole. Katseklaasi ülespoole lükkav jõud on ligikaugu 1 kilogramm ruutsentimeetri kohta. Umbes 1,2 sentimeetrise läbimõõduga katseklaasi puhul on üleslükkav jõud aga ligikaudu 1 kilogramm. See „ülespoole kukkumise“ katse ei õnnestuks, kui kasutaksime kahte väga erineva läbimõõduga katseklaasi, sest õhk asendaks tilkuva vee ning tasakaalustaks seega väiksema katseklaasi kohal ja sees oleva rõhu.

1.10 Võluväel kerkiv vesi (I)

Veeauruga täidetud kolb tõmbab enda sisse vett, kui seda jahutada.

Vahendid:

1. Üks väike (100ml) ja üks suur (400ml) katseklaas
2. Üks põleti ja statiiv
3. Keedukivid ja toiduvärv

Protseduur:

Võluväel kerkiv vesi (I)

1. Vala suuremasse katseklaasi umbes 110ml vett, paar tilka toiduvärvi ning paar keedukivi

2. Kuumuta katseklaasis olevat vedelikku kuni keemiseni, samas kui väike katseklaas on suurema katseklaasi tagurpidiselt asetatud

3. Lase veel vähemalt ühe minuti jagu keeda, veendudes, et väike katseklaas ümber ei kuku

4. Võta mõlemad katseklaasid koos leegilt ära ning lase neil toatemperatuurini jahtuda. Jälgi, mis juhtub veetasemega väikses katseklaasis

Mis on tagurpidise katseklaasi sees enne kuumutamist?
Mis juhtub veega keemise ajal?
Miks kipub väike katseklaas üles-alla kõikuma?
Millest koosnevad mullid?
Miks veetase väiksemas katseklaasis kerkib?
Mis juhtuks pärast kuumutamist, kui laseksime paaril külma vee tilgal tagurpidisele katseklaasile kukkuda?

Selgitus Keemise käigus läheb vesi oma vedelalt olekult üle gaasilisse olekusse. See veeaur tekib ka tagurpidise katseklaasi sisse, asendades nii selle katseklaasi all olevat vett. Mida kauem me veel keeda laseme, seda suurem osa vett asendub veeauruga. Jahutusprotsess sunnib selle veeauru kondenseeruma ning uuesti veeks muutuma, vähendades nii väiksema katseklaasi sees olevat rõhku. Niisiis lükkab atmosfääri kõrgem rõhk vett väiksemas katseklaasis ülespoole. Lastes paaril külma vee tilgal tagurpidisele katseklaasile kukkuda, kiireneb jahtumisprotsess ning seega ka vee kerkimine katseklaasis.

1.11 Võluväel kerkiv vesi (II)

Veeauruga täidetud kolb tõmbab enda sisse vett, kui seda jahutada.

Vahendid:

1. Üks katseklaas ja katseklaasi hoidja
2. Üks suur mensuur (400ml) või muu veeanum
3. Üks alkoholipõleti
4. Toiduvärv

Protseduur:

Võluväel kerkiv vesi (II)

1. Täida suur mensuur külma vee ja toiduvärviga

2. Pane katseklaasi veidike (umbes 3ml) vett ja lase sel keema minna (Joonis A)

3. Pärast vee tugevat keemist ca 10 sekundi jooksul, pööra katseklaas kiiresti ümber ja aseta koheselt värvilisse vette (veendudes, et katseklaasi suu jääb vee alla; Joonis B)

Mis on katseklaasis enne kuumutamist peale vee?
Mis on katseklaasis kuumutamise ajal?
Mis juhtub värvilises vees katseklasi ümberpööramise ajal?
Mis juhtub veega, kui seda keeta?
Mis juhtub jahtumisel veeauruga?
Kuidas muutus katseklaasi temperatuur pärast selle ümber pööramist?
Miks tõusis värviline vesi tagurpidise katseklaasi sisse?

Selgitus Enne kuumutamist oli katseklaasis veidi vett ja palju õhku. Vee keemise käigus tekkis veeaur, lükates katseklaasist õhku välja (vee tugev keemine). Pärast katseklaasi ümber pööramist värvilises vees valgus katseklaasis olev kuum vesi suurde anumasse. Selle käigus jahtus katseklaas aeglaselt, põhjustdes veeauru kondenseerumist. Nii vähenes katseklaasi sees olev rõhk, mistõttu väline atmosfääri rõhk surus värvilist vett katseklaasis ülespoole. Teisi sarnaseid katseid: Võluväel kerkiv vesi (I) ja Pudeli purskkaev. See nähtus on tuntud ka igapäevaelust, kui pärast vee või supi keetmist hästi istuva kaanega potis. Püüdes pärast poti jahtumist kaant kergitada ei taha see kohe üldse poti küljest lahti tulla.

1.12 Kokkuvajuv kanister

Vahendid:

1. Üks tühi 4-5 liitrine kanister või muu plekkanum, mille saab õhukindlalt sulgeda
2. Kuumutusplaat või põleti ja statiiv

Protseduur:

1. Vala kanistrisse umbes 20ml vett (piisavalt, et katta anuma põhi) ja kuumuta anumat kuumutusplaadi või põleti kohal.

2. Lase veel umbes kaks minutit tugevalt keeda (näha on kanistrist väljuv veeaur)

3. Võta keeva veega anum tulelt ära (ära oma sõrmi põleta!) ning sulge see koheselt korgiga õhutihedalt.

4. Lase anumal püstiselt laual seista ning toatemperatuurini jahtuda. Kiirema tulemuse saamiseks jahuta anumat külma veega niisutatud rätikuga.

Mis oli anumas lisaks veele?
Mis juhtub, kui vesi keeb?
Mis juhtub kanistris oleva õhuga, kui selles tekib palju veeauru?
Mis juhtuks, kui kanistrit ei sulgetaks õhutihedalt?
Milline on kanistri väliskülgedele mõjuv kogujõud?

Selgitus Enne kuumutamist täitis anumat vesi ja õhk. Vee keemisel muutub vee olek vedelast gaasilisse (veeaur). Veeaur lükkas kanistris oleva õhu anumast välja. Kanistri sulgemisel õhutiheda korgiga takistame me õhu liikumist tagasi kanistrisse. Jahutamine põhjustab vee kondenseerumise tagasi veeks. Kogu kanistri sisest ruumi hõlmanud veeaur muutub nüüd vaid paariks veetilgaks, võttes nii enda alla palju vähem ruumi. Seetõttu langeb kanistri siserõhk ning väline atmosfäärirõhk surub kanistri kokku. Kanistri väliskülgedele mõjuv kogujõud on kanistri kogupindala (cm2) korrutis 1 kilogrammiga.

1.13 Õhupall pudelis

Pudeli otsale pandud ühupall paisub pudelisse sisse, kui seal eelnevalt vett keeta.

Vahendid:

1. Erlenmeyeri pudel (150-200ml)
2. Ümmargune suure avausega õhupall (tühi)
3. Kuumutusplaat või põleti ning statiiv

Protseduur:

1. Vala pudelisse veidi (umbes 20ml) vett ning kuumuta seda keemiseni (kasuta paari keedukivi)

2. Lase veel vähemalt ühe minuti tugevalt keeda

3. Eemalda pudel tulelt ning aseta koheselt õhupalli suu ümber pudelisuu.

4. Lase pudelil toatemperatuuril aeglaselt jahtuda (õhuball imetakse pahupidi pudelisse)

Mis on pudelis lisaks veele?
Mis juhtub veega, kui seda keeta?
Mida teeb veeaur pudelis oleva õhuga?
Miks imetakse õhupall pudelisse?
Miks jätkas õhupall pudeli sees paisumist?

Selgitus Pudelis oleva vee keetmisel muutus vesi oma vedelast olekust gaasiliseks. Tekib veeaur, mis lüllab pudelis algselt olnud õhu sellest välja. Mida kauem laseme veel keeda, seda vähem õhku jääb pudelisse alles. Pärast pudeli sulgemist õhupalliga ei saa õhk pudelisse naasta. Pudeli jahutamine põhjustab veeauru aeglast kondenseerumist, mistõttu tekib pudelisse osaline vaakum. Niisis imetakse õhupall pudelisse, misjärel atmofäärirõhk jätkab õhupalli suuremaks paisutamist pudeli sees. Pudeli jahtumise ja õhupalli pudelisse imemise ajal tuleb veenduda, et õhupall ei oleks seestpoolt kokku kleepunud (siis ei saa õhupall pudelisse minna; ainult osa sellest liigub pudelisse, mistõttu õhupall tõenäoliselt puruneb).

1.14 Purskkaev pudelis

Veeauruga täidetud kolb tõmbab enda sisse vett, kui seda jahutada. Kui vesi peab sisenema läbi peenikese toru, siis tekib sellest purskkaev.

Vahendid:

1. Üks ümmargune või lamedapõhjaline anum (400ml) ja hoidja
2. Klaastoru, mille ühes otsas on üheavaline tihend
3. Mensuur (500ml), kummitoru, keedukivid
4. Kuumutusplaat või põleti ning statiiv

Protseduur:

Purskkaev pudelis

1. Vala anumasse umbes 30ml vett ning kuumuta seda leegi kohal

2. Lase veel vähemalt ühe minuti keeda (Joonis A)

3. Sea valmis klaastoru, tihend ja kummitoru, et sulgeda anuma ava (Joonis B)

4. Hoia anumat selleks mõeldud tangidega, eemalda põleti ning sisesta tihendiga klaastoru anuma avausse

5. Pööra tihendatud anum koheselt ümber ning sisesta klaastoru külge kinnitatud kummitoru mensuuris olevasse värvilisse vedelikku (Joonis C)

Miks peab anumas olema vett?
Kas vesi kerkiks üles ka siis, kui anumat oleks kuumutatud ilma, et selles oleks vett?
Mis põhjustas vee kerkimise torus?
Miks liikus vesi alguses torus aeglaselt? Miks hakkas see järsult kiiremini kerkima pärast seda, kui vesi jõudis anumasse?

Selgitus Vee keetmine tekitas anumasse veeauru, mistõttu õhk suruti anumast välja. Anuma sulgemine tihendiga takistas õhu naasemise anumasse. Anuma jahtumine pärast selle ümber pööramist põhjustas veeauru aeglase kondenseerumise ning kahanemise, tekitades anuma sisemusse madalama rõhu. Seetõttu imetakse vesi aeglaselt klaastorusse. Hetkel, mis jahe vesi jõudis anuma põhjani, hakkas anum kiiremini jahtuma ning veeaur kiiremini kondenseeruma, tekitades järsult osalise vaakumi ning põhjustades vee kiiremat ülespoole liikumist. (Mensuuris olev bromotümoolsinine ning anumas olev hape annaksid tulemuseks värvimuutuse.)

1.15 Kleepuv veenõu

Servani veega täidetud lai ja madal anum jääb laua alumise külje külge kinni. Õhurõhk.

Vahendid:

1. Petritass (või muu madal ning sirge servaga anum)
2. Sile pind, lagi või laua alumine külg

Protseduur:

Kleepuv veenõu

1. Täida petrinõu ääreni veega

2. Aseta nõu sileda pinna alla, suru see vastu pinda ning veendu, et vees ei oleks mulle

3. Veendu nüüd, et anum jääb pinna külge kinni. Palu mõnel õpilasel anumat kinni hoida või teeskle, et pead kuhugi minema ning anuma omaette jätma

4. Luba õpilasel anumast lahti lasta või ütle: ,,Võib-olla võin ma lahti lasta?“ (anumast ise kinni hoides)

Miks on tarvis siledat pinda?
Miks jääb anum pinna külge kinni?
Kui suur jõud hoiab anumat pinna küljes kinni?
Kui raske võib selles katses kasutatav nõu maksimaalselt olla?
Kui kauaks jääb anum pinna külge kinni?

Selgitus Nõu ääreni veeg täitmisel puudub anumas õhk ning õhurõhk ei suru anumale. Ainus anumale mõjuv jõud on gravitatsioon ehk vee ja anuma kogukaal. Anumat pinna küljes hoidev jõud on võrdne jõuga 1kg anuma iga ruutsentimeetri kohta. 3cm raadiusega anumat pinna küljes hoidev jõud oleks seega ligikaudu 27kg miinus anuma ja vee enda kaal. Kui anum on kord juba pinna külge kinnitunud jääb see sinn seniks, kuni veidi vett pääseb anuma servade vahelt välja ning aurustub. Antud juhul käitus vesi pinna ja anuma vahelise tihendina, takistades õhul anumasse pääseda. Selle nähtuse rakendusek on olukord, kus me peame iminappa niisutama, et see paremini sileda pinna külge kinnituks.

1.16 Biooniline sõrm (I)

WC pump jääb tooli külge kinni, saab tooli üles tõsta.
 

Vahendid:

1. Üks raske valamupump (kasutatakse kraanikausi ummistuse eemaldamiseks)
2. Sileda istmega taburet või tool

Protseduur:

Biooniline sõrm (I)

1. Tee valamupumpa kummist osasse väike auk (näiteks kääriotsaga)

2. Näita õpilastele pumpa ja küsi: ,,Mis on valamupumba all, kui ma asetan selle lauale?” (Eeldatav vastus: mitte midagi)

3. Palu mõnel õpilasel klassi ette tulla ning panna oma põsk pumba sisse tehtud augu lähedusse

4. Vajuta pumpa allapoole: õhk liigub pumbast välja ja puhub õpilase põsele! Õhk võtab enda alla ruumi! (Joonis A)

5. Näita õpilastele tabureti või tooli otsa seatud valamupumpa

6. Ütle neile, et sul on biooniline sõrm ning et sa suudad hoida pumpa tooli küljes vaid ühe sõrmega

7. Vajuta pumpa allapoole ning hoia seda all ühe sõrmega, kattes sellesse tehtud augu (märg sõrm töötab paremini). Palu mõnel õpilasel klassi ette tulla ning proovida pumpa tooli küljest ära tõmmata. Terve tool on pumba küljes kinni ja tõuseb õhku!

Mis oli pumba all?
Mis aitas mu sõrmel pumpa all hoida?
Kui suur jõud vajutab pumpa allapoole?
Kui raske saab ülestõstetav tool maksimaalselt olla?

Selgitus Pumba all oli õhk ning pumba alla surumisel puhus see august välja. Pumpa õhe sõrmega alla hoides oli auk kaetud ning seega oli õhu välja liikumine takistatud. Seega oli pumba all madalam õhurõhk. Niiske sõrm töötab antud olukorras paremini, sest vesi käitub tihendina. Pumpa all hoidev jõud on võrdne pumba pindala ja 1kg korrutisega (seega 10cm läbimõõduga pumba puhul on see jõud umbes 75 kg).

1.17 Bioonilised sõrmed (II)

Kaks WC pumpa jäävad üksteise külge kinni. Ei ole üldse lihtne lahti tõmmata.

Vahendid:

1. Kaks rasket kummist valamupumpa (ühes neist on väike auk, vt 1.16)

Protseduur:

Bioonilised sõrmed (II)

1. Palu kahel õpilasel tulla klassi ette ning kahte valamupumpa üksteise vastu suruda

2. Palu neil nüüd proovida need üksteisest lahti tõmmata (see on kerge)

3. Ütle nüüd õpilastele, et sul on bioonilised sõrmed, mille abil suudad sa kaks pumpa üksteise vastus hoida

4. Lase õpilastel uuesti pumbad üksteise vastu suruda, kuid seekord hoia pumpadest pöidla ja nimetissõrmega kinni (veendu, et katad ühes pumbas oleva augu; märg sõrm töötab paremini)

5. Lase õpilastel nüüd uuesti proovida pumbad üksteisest eemaldada (tõenäoliselt tuleb esimesena küljest pumba puidust vars!)

Miks oli pumpasid üksteisest kerge eemaldada siis, kui ma neist kinni ei hoidnud?
Mis hoidis pumpasid tegelikult koos?
Kas ma pidin pumpasid mingil erilisel viisil kinni hoidma?
Kui suur oli jõud, mis pumpasid koos hoidis?
Kas suuremad või väiksemad pumbad oleksid tugevamini koos?

Selgitus Alguses oli pumpasid üksteisest võrdlemisi kerge eemaldada, sest ühes neist oli auk, mille kaudu õhk pääses kahe pumba vahele. Auku kattes ei saanud õhk kahe pumba vahele pääseda (sõrme kattev vesi käitus tihendina) ning kui õpilased proovisid pumpasid üksteisest eemaldada, suurenes kahe pumba vahel olev ruumala, vähendades nii sealset rõhku. Pumpasid hoidis taaskord koos atmosfäärirõhk. Pumpasid koos hoidvat kogujõudu saab arvutada, kui korrutame kahe ringi pindala 1 kilogrammiga (10 cm läbimõõduga pumpade puhul on see jõud ligikaudu 150kg). Sarnane eksperiment viidi läbi kahe terasest poolkera ja neid üksteisest lahti tõmmata üritavate hobustega: Magdeburgi poolkerad.

1.18 Lekke peatamine

Kahe auguga anumast ei voola enam vett välja, kui teine auk sõrmega sulgeda. On justkui lekke peatamine.

Vahendid:

1. Tühi kanister või plastpudel
2. Kanistri või pudeli avausse sobiv ühe avausega tihend

Protseduur:

Lekke peatamine

1. Tee kanistri või pudeli põhjast veidi kõrgemale väike avaus (kasuta näiteks naela)

2. Täida anum veega ja näita lekkivat kanistrit õpilastele

3. Küsi: ,,Kuidas takistada leke ilma, et teeksin oma sõrme märjaks?“

4. Aseta tihend anuma avausele ja kata selle ava ühe sõrmega: leke on peatatud!

5. Eemalda sõrm tihendilt: vesi lekib jälle

Miks peatus vee lekkimine anumast?
Kuidas peatada leke ilma üheavalist tihendit kasutamata?
Kas vee lekkimine peatub koheselt pärast tihendi avause katmist?
Milline on anuma sees olev rõhk pärast lekke peatamist võrreldes välise atmosfäärirõhuga?
Mille liikumist anumasse me peatame, kui katame tihendis oleva ava?

Selgitus Vee lekkimine ei peatu koheselt pärast tihendi avause katmist – see tilgub veel mõnda aega anumast välja. See suurendab vee kohal oleva õhutasku ruumala. Õhu kogus selles taskus püsib sama, sest lisaõhu pääsemine anumasse on takistatud. Ruumala suurenemine vähendab rõhku (Boyle’i seadus). Väline atmosfäärirõhk surub vastu avausest välja kippuva vee pinda ja takistab selle väljavoolu. Seetõttu teeme me alati piimakotti kaks auku, et piim kenasti välja voolaks. Ka suure õlikanistri puhul soovitatakse väljavooluavast teisele poole jäävasse kanistri serva auk teha. Nii pääseb õhk anuma kallutamise ajal kanistrisse, põhjustades õli ühtlase ja rahuliku voolamise.

1.19 Igavene purskkaev?

Kuidas töötab sifoon? Proovime järele.

Vahendid:

1. Üks keskmise suurusega purk ja kaks suurt pudelit
2. Purgi avausele sobiv kaheavaline tihend, 2 klaastoru (pikema ots peaks olema kitsenev)
3. Kaks kummitoru (umbes 30cm)

Protseduur:

1. Lükka klaastorud läbi tihendis olevate avade nii, et kitseneva otsaga toru ulatub kaugemale kui teine (vt Joonis)

2. Ühenda mõlemad kummitorud klaastorudega

3. Täida üks suur pudel täies ulatuses külma veega ja sea süsteem üles nagu näidatud joonisel A (hoia purki käes)

4. Vala purki umbes 100ml vett ja vajuta tihend korralikult anuma avausse

5. Pööra purk ümber, veendudes, et mõlemad kummitorud püsivad pudelites (toru ots veega täidetud pudelis peaks olema kogu aeg vee all)

Mis juhtus kohe pärast purki ümberkeeramist?
Mis juhtus purgis vee kohal oleva õhutaskuga, kui vesi voolas tühja pudelisse?
Miks tõmmatakse vesi purki?
Miks peab veega täidetud pudel asuma kõrgemal kui teine pudel?
Kuidas panna purskkaev kiiremaks või aeglasemaks?

Selgitus Purgis olev vesi oli vajalik selleks, et sifoon alguses tööle panna. Kohe pärast purgi ümberkeeramistvoolas vesi alla tühja purki. See põhjustas purgis oleva õhutasku ruumala suurenemise ja rõhu vähenemise. Rõhu vähenemine omakorda põhjustas veega täidetud pudelis oleva vee voolamise purki. Teisisõnu lükkas atmosfäärirõhk vee üles purki. Mida suurem on kahe pudeli veetasemete erinevus, seda kiirem on vee voolamine. Kui veetasemed ühtlustuvad, peatub vee voolamine. Antud katse põhimõte on täpselt sama mis sifoonil.

1.20 Vee transportimine kõrre abil

Vahendid:

1. Üks joogikõrs iga kolmeliikmelise õpilasgrupi jaoks
2. Kaks väikest topsi iga grupi jaoks

Protseduur:

1. Jaga õpilased kolmeliikmelistesse gruppidesse

2. Anna igale grupile üks joogikõrs ja kaks topsi

3. Lase ühel õpilasel hoida veega täidetud topsi, teisel tühja topsi ja kolmandal transportida vesi ühest topsist teise

4. Küsi, kuidas saaksid õpilased vett transportida ilma topse kallutamata

5. Näita neile, kuidas saab vett kõrres hoida: Aseta kõrs vertikaalselt veega täidetud topsi Hoia nimetissõrme kõrre avausel ja tõsta kõrs üles Liiguta kõrs tühja topsi kohale ja vabasta sõrm: vesi voolab topsi

Kuidas transportida vett ilma topse kallutamata?
Kuidas hoida vett kõrres ilma sellest imemata?
Mis hoiab vett kõrres, kui kõrre ühte otsa katab sõrm?
Mis juhtub, kui proovime vett kõrres hoida, kuid ei kata selle otsa korralikult sõrmega?
Mille pääsemine kõrre sisse on takistatud, kui selle üks ots on sõrmega kaetud?
Mis hoiab vett tagasi, kui me hoiame kõrre ülemise otsa sõrmega kaetud ning asetame kõrre vette?

Selgitus Kõrre ülemise ava sõrmega katmisel takistame me õhu pääsemise kõrre sisse. Osa veest tilgub kõrre alumisest otsast välja, suurendades vee kohal oleva õhutasku ruumala ning vähendades seega kõrres olevat rõhku. Väline atmosfäärirõhk hoiab vett kõrres. Sõrme eemaldamisel pääseb õhk kõrre sisse ning rõhud ühtlustuvad.

1

Õhuke riie võib takistada vee välja voolamist kummuli pööratud klaasist.

Vahendid:

1. Joogiklaas
2. Tükike õhukest riiet (piisavalt suurt, et katta klaasi suu)

Protseduur:

Veekindel riie

1. Täida klaas kas pooleldi või täielikult

2. Niisuta riidetükki kraani all ning näita õpilastele, et vesi voolab kergesti läbi riidetüki

3. Aseta nüüd riidetükk klaasi suule ja suru selle ääred klaasi ääre vastu

4. Hoia riidetüki servasid ühe käega ning teisega hoia klaasi põhjast ja pööra klaas ümber

5. Vabasta riidetükki hoidnud käsi: riidetükk ja vesi püsivad klaasis!

Miks ei saa seda katset sooritada kuiva riidetükiga?
Miks kleepub niiske riidetükk klaasi servade külge?
Miks voolab osa veest alguses klaasist välja?
Miks peatub vee väljavool klaasist?
Mis hoiab vett ja riidetükki kinni?
Kas katse tuleks välja ka siis, kui hoiaksime klaasi kallutatult või horisontaalselt?
Millise kuju võtab riidetükk, kui hoiame klaasi vertikaalselt tagurpidi?

Selgitus Riidetükk peab olema märk selleks, et see kleepuks klaasi servade külge (külgetõmbejõud vee ja riidetüki ning vee ja klaasi vahel). Klaasi ümberpööramise käigus voolas osa vett välja, sest riidetükk on poorne. See põhjustas aga vee kohal oleva õhutasku ruumala suurenemise ja seega rõhu vähenemise. Seda katset saab kasutada ka veemolekulide vaheliste külgetõmbejõudude näitlikustamiseks, sest riidetüki pooridesse moodustub õhuke kiht veemolekule.

1.22 Topsid ja õhupall

Kui hoida õhupalli täis puhumise ajal selle külgedel plastiktopse, jäävad need õhupalli külge. Õhurõhk.

Vahendid:

1. Täis puhumata ümmargune õhupall
2. Kaks väikest plast- või klaastopsi (sileda servaga)

Protseduur:

Topsid ja õhupall

1. Puhu õhupallist täis umbes kolmandik

2. Ütle õpilastele, et sa hoiad nüüd kahte topsi õhupalli külgedel kinni ning puhud õhupalli täis

3. Hoia mõlemas käes ühte topsi (üks tops mõlemal pool õhupalli) ning puhu edasi (kuni õhupall on ligi kaks korda suurem)

4. Lase topsidest lahti (need jäävad õhupalli külge kinni; kui mitte, niisuta topside servasid) ja hoia õhupallist suu lähedal ühe käega kinni

5. Näita õpilastele, et topsid pole õhupalli külge kleebitud, lastes õhu õhupallist aeglaselt välja (õhupalli kahanedes kukuvad topsid maha)

Miks jäid topsid õhupalli külge kinni?
Kas õhupallis oleval rõhul oli asjaga mingit pistmist?
Kuidas muutub kahe topsi ruumala võrreldes olukorda A olukorraga B?
Milline peab olema topside siserõhk võrreldes atmosfäärirõhuga (olukorras B), et need jääksid õhupalli külge kinni?
Kui palju suurem peab õhupall olema olukorras B võrreldes olukorraga A selleks, et topsid jääksid selle külge kinni?

Selgitus Kuna õhupalli raadius suurenes ehk selle pind muutus olukorraga A võrreldes lamedamaks, suurenes topside ruumala, põhjustades rõhu kahanemise. Õhupalli sees oleval õhul pole topside palli külge jäämisega mingit seost.

1.23 Õhupalli täitmine imedes

Vahendid:

1. Üks tühi klaaspurk ja sobiv kaheavaline tihend
2. Kaks klaastoru (üks neist 90-kraadise suunamuutusega)
3. Väike õhupall ja teip või patsikumm

Protseduur:

1. Sisesta klaastoru tihendisse ja seo või teibi väike õhupall sirge klaastoru otsa

2. Aseta klaastoru ja õhupalliga ühendatud tihend korralikult klaaspurgi avausse ja sea süsteem üles vastavalt joonisele

3. Ime teisest klaastorust seni, kuni õhupall on õhku täis. Sulge nüüd klaastoru ots sõrmega (veendu, et õhk ei pääse purki)

4. Küsi õpilastelt järgnevad küsimused

Mida pidin ma õhupalli täitmiseks tegema?
Milline on õhupalli täitumise ajal rõhk purgis võrreldes välise rõhuga?
Miks ei tühjene õhupall uuesti? (avatud klaastoru ots on sõrmega kaetud)
Kuidas veel saaks õhupalli täita?
Mis juhtuks, kui avatud klaastorusse hoopiski puhuda?
Milline on õhupalli täitumise ajal rõhk purgis võrreldes välise rõhuga olukorras, kus me puhuksime sirgesse klaastorusse?

Selgitus Läbi avatud klaastoru imedes väheneb purgi siserõhk ja atmosfäärirõhk puhub õhupalli täis. Kattes avatud klaastoru otsa sõrmega (pärast õhupalli täitumist), ei pääse õhk enam purki tagasi. Purgi sees olev madalam rõhk (õhupallist väljaspool) jääb nüüd püsima, mistõttu õhupall jääb täidetuks ilma, et selle ava kinni oleks seotud. Teine võimalus õhupalli täitmiseks on puhuda avatud torusse ning asetades pärast õhupalli täitumist taaskord sõrm klaastoru avause ette. Sel viisil talitades on purgis olev rõhk suurem kui atmosfäärirõhk.

1.24 Raskekaaluline ajaleht

Vahendid:

1. Üks või kaks täies suuruses ajalehelehte
2. Männipuidust pulk (0,3x3x75 cm); selleks sobib näiteks vana joonlaud

Protseduur:

1. Aseta pulk sileda pinnaga lauale nii, et see ulatuks umbes 8cm üle laua serva

2. Küsi: ,,Mis juhtub, kui joonlaua vaba otsa käega lüüa?“ (Oodatav vastus: ,,Pulk lendab üles“)

3. Löö joonlauda ning lase õpilastel see kinni püüda

4. Aseta pulk uuesti lauale (nagu punktis 1) ja kata see ajalehega nii, et ajalehe serv oleks kohakuti lauaservaga

5. Küsi: ,,Mis juhtub, kui nüüd pulka uuesti lüüa?“ (Oodatav vastus: ,,Paber lendab üles“ või „Paber rebeneb“)

6. Sirgenda oma vasaku käega ajalehepaberit ning löö parema käega pulka (järsk löök käe servaga): pulk murdub!

7. Tõmmates pulka pärast murdumist veel 8cm võrra lauaservast kaugemale, võib punkti 6 korrata

Mida tegin ma oma vasaku käega?
Miks oli paberit enne lööki siluda vaja?
Mis juhtuks, kui pulga otsa aeglaselt allapoole lükata?
Milline jõud hoidis pulka laual?

Selgitus Ajalehte siludes ei jäänud selle alla peaaegu üldse õhku, kuid ajalehe kohal on terve õhusammas, mis paberit atmosfäärirõhuga allapoole surub. See jõud on umbes 1kg/cm2 kohta. Paberile suurusega 60 x 80 cm mõjuv kogujõud on seega ligikaudu: 60 x 80 x 1kg = 4800kg, mis on ligikaudu sama palju kui kaaluvad kaks väikest sõiduautot! Seega on ajalehte väikese pulgaga võimatu tõsta!

1.25 Maagiline katseklaas

Klaas jääb pea või käe külge kinni, kui seal sees vett keeta. Kindlasti põnev ja naljakas viis õhuniiskuse või õhurõhu teema alustuseks.

Vahendid:

1. Väike anum (50ml) või väike veiniklaas
2. Tükike paberit ja tikud

Protseduur:

1. Näita õpilastele veiniklaasi või anumat ümber pöörates, et see on tühi

2. Kägarda väike paberitükk kokku

3. Süüta tikk ja pane paber otsast põlema

4. Aseta põlev paber anumasse või veiniklaasi ja vajuta klaas koheselt vastu oma otsaesist või käelaba (hoia klaasist kinni seni, kuni tuli kustub ja sa tunned, et klaas on otsaesise/käe küljes kinni)

5. Kui oled veendunud, et klaas on käe/otsaesise küljes kinni, lase sellest aeglaselt lahti (see püsib käe/otsaesise küljes kinni)

Mis oli klaasis enne, kui sellesse asetati põlev paberitükk?
Miks kustus leek klaasis?
Mida teeb leegi kuumus õhuga klaasis?
Mis oli klaasis pärast leegi kustumist?
Mistõttu kinnitus klaas käelabale/otsaesisele?

Selgitus Kuigi sa näitasid õpilastele klaasi tagurpidi keerates, et selles polnud midagi, oli see tegelikult õhuga täidetud. Asetades klaasi põleva paberitüki, soojenes ning paisus õhk klaasis. Õhu paisumise tõttu liikus õhk klaasist välja ning klaasi käelaba/otsaesise vastu surudes takistati õhu ligipääs sellesse. Seetõttu kustus leek, sest põlemisprotsessi jätkamiseks puudus hapnik. Leegi kustumine klaasis põhjustas õhu jahtumise ning seega ka kahanemise. Niisis langes klaasis olev õhurõhk madalamale kui atmosfäärirõhk, mistõttu atmosfäärirõhk hoidis klaasi käe/otsaesise küljes kinni. Teisisõnu tekkis klaasi sisse osaline vaakum, mis hoidis seda nahapinna küljes kinni. Hoiatus: osaline vaakum jätab nahale punase jälje, mis kaob mõne tunni jooksul, sõltudes sellest, kui kauaks klaas naha külge jäeti.

1.26 Muna ja piimapudel

Kuulus muna pudelisse eksperiment.

Vahendid:

1. Üks kõvakskeedetud muna
2. Üks tühi klaasist piimapudel

Protseduur:

1. Koori muna ning aseta see piimapudeli suule

2. Küsi: ,,Mis juhtub, kui asetada pudelisse põlev paberitükk ning asetada muna uuesti pudelisuule?” (Oodatav vastus: ,,Muna hüppab pudelilt maha”; ,,Leek kustub”, ,,Muna alumine osa muutub tahmaseks”, ,,Pudel võib puruneda”, jne.)

3. Pane väike paberitükk põlema, tõsta muna üles, aseta paberitükk pudelisse ja pane muna koheselt tagasi pudelisuule (muna imetakse pudelisse)

4. Küsi küsimus number 4

5. Et muna tervelt pudelist välja saada: pööra pudel ümber, et muna kukuks pudelisuu juurde. Puhu korraks tugevalt pudelisse ja püüa kukkuv muna kinni

Miks imetakse muna pudelisse?
Mida tegi põlev paberitükk pudelis oleva õhuga?
Mis juhtus munaga enne, kui see imeti pudelisse (vaatle!)?
Kuidas saada muna pudelist välja ilma seda purustamata?
Kas muna pudelist välja saamiseks on ka teisi viise?

Selgitus Põlev paberitükkk soendab pudelis olevat õhku, mistõttu see paisub. Seepärast vibreeris muna veidike enne, kui see pudelisse imeti. Osa õhku liikus muna ääre alt pudelist välja ning seetõttu oli pudelis väiksem rõhk. Rõhu vähenemise teiseks põhjuseks on fakt, et paberi põlemine eemaldas õhust hapnikku, muutes selle süsinikdioksiidiks ja veeauruks. Veeaur kondenseerus külma klaaspudeli pinnale. Teine võimalus muna pudelist välja saamiseks on pudelit soojendada.

1.27 Armunud pudelid

Kaks pudelit jäävad üksteise külge, kui nende sees olevat õhku soojendada ja lasta sellel siis uuesti maha jahtuda.

Vahendid:

1.
2.

Protseduur:

Armunud pudelid

1. Niisuta filterpaberit vees ja aseta see ühe pudeli suule

2. Kortsuta tükike paberit ja veendu, et see mahuks läbi teise pudeli avause

3. Süüta kortsutatud paber, aseta see avatud pudelisse ja kata see pudel koheselt teise, filterpaberiga kaetud pudeliga

4. Suru ülemist pudelit mõne sekundi jooksul alumisele (kuni leek on täielikult kustunud

5. Tõsta nüüd pudelid õhku, hoides kinni vaid ülemisest

6. Hoia mõlemast pudelist kinni, pööra need teistpidi ja lase alumisest pudelist lahti

Mida tegi põlev paberitükk pudelis oleva õhuga?
Miks peab filterpaber olema veega niisutatud?
Miks jäid pudelid üksteise külge kinni?
Kas pudelid jääksid üksteise külge ka ilma filterpaberit kasutamata? Miks?
Kui kauaks jäävad pudelid üksteise külge kinnitatuks?

Selgitus Põlev paberitükkk soendab pudelis olevat õhku, mistõttu see paisub. Seetõttu pääses osa õhku sellest pudelist välja. Pudeli kohesel katmisel teise pudeliga, ei saa välja pääsenud õhk enam pudelisse tagasi. Pudelitest väljaspool oleva õhu rõhk hoiab pudeleid koos. Niiske filterpaberi eesmärk on tekitada pudelikaelte vahele tihend, muutes süsteemi õhukindlaks. Ilma filterpaberita lekkiks õhk pudelikaelte vahelt tagasi sisse ja katse ei tuleks välja. Pudelid jäävad üksteise külge seniks, kuni pudelite sees olev rõhk on atmosfäärirõhust madalam. Õhk pääseb aeglaselt siiski filterpaberist läbi ja rõhkude ühtlustumise järel vabanevad pudelid.

1.28 Paberkottidega kaal

Sooja õhuga täidetud paberkott tundub üleslükkejõu tõttu kergem, kui külma õhuga täidetud paberkott. Seda saab katseliselt uurida.

Vahendid:

1. Kaks väikest ühesugust paberkotti
2. Kaks joogikõrt ja nõel
3. Kaks lühikest niidijuppi, teip ja tikud

Protseduur:

Paberkottidega kaal

1. Ava mõlemad paberkotid, pööra need ümber ja kinnita põhja külge teibi abil niidijupid

2. Riputa joogikõrre mõlemasse otsa üks paberkott ja tasakaalusta süsteem teise kõrre külge kinnitatud nõela abil (vt Joonis). Veendu, et kõrs saab nõela ümber vabalt liikuda

3. Lase mõnel õpilasel vertikaalset kõrt kinni hoida, süüta leek ja hoia seda ühe paberkoti all (ole ettevaatlik, et paber ei süttiks)

4. Paberkott liigub ülespoole. Eemalda leek, et süsteem naaseks uuesti tasakaaluasendisse

5. Hoia leeki teise paberkoti all – nüüd liigub see kott ülespoole

Mis on kottides?
Mis juhtub õhuga, kui seda soojendada?
Miks liikus soojendatud kott üles?
Mis juhtus, kui leek eemaldati koti alt?
Millises suunas liigub soendatud õhk?

Selgitus Koti all olev leek soojendab kotis olevat õhku, mistõttu see paisub. Seega jääb kotti vähem õhku, mis on seega kergem. See kergem õhk surub koti külgedele ning kott liigub ülespoole. Leegi eemaldamisel õhk jahtub ja paberkottide vaheline tasakaal taastub. Seda õhu kergemaks muutmise põhimõtet kasutatakse kuumaõhupallides. Õhupalli sees olevat õhku soojendatakse, mistõttu see paisub ja muutub kergemaks (võrreldes ümbritseva õhuga), lükates õhupalli ülespoole. Mida suurem on õhupall seda suurem on õhupalli ülespoole lükkav jõud ja seda suurema raskuse saab see üles tõsta.

1.29 Kas klaaspudelit saab kokku suruda?

Klaaspudeli otsas on kummikork, millest läbi on klaastoru. Pudelit "surudes" klaastorus olev veetilk tõuseb, justkui suruks me klaaspudelit kokku.

Vahendid:

1. Tühi klaaspudel
2. Klaastoru (umbes 30 cm) ja pudelisuule sobiv üheavaline tihend
3. Vesi ja toiduvärv väikeses anumas

Protseduur:

Kas klaaspudelit saab kokku suruda?

1. Värvi väikeses anumas toiduvärvi abil paar milliliitrit vett

2. Torka klaastoru ots värvilisse vette ja sulge selle teine ots sõrmega. Võta klaastoru veest välja, hoia seda horisontaalselt ja lase tilgal torus liikuda seni, kuni see on tihendi lähedal (sulge toru ots uuesti sõrmega)

3. Aseta tihend pudelisuule ja kinnita korralikult (veetilk liigub veidi ülespoole)

4. Märgi tilga asukoht markeri, teibi või kummipaelaga

5. Hoia pudelit mõlemas käes: mis juhtub veetilgaga?

6. Lase pudelil laual seista: mis juhtub veetilgaga?

Mis on pudelis?
Miks ei voola veetilk pudelisse?
Miks liigub veetilk tihendit kinnitades ülespoole?
Mis pani veetilga liikuma, kui pudelit käes hoiti?
Kuidas panna veetilk mööda klaastoru allapoole liikuma?

Selgitus „Tühi“ pudel on loomulikult õhuga täidetud. Pudeli sulgemisel tihendi ja klaastoruga lükkas pudelis olev õhk veetilka ülespoole. Veetilk ei saa iseenesest klaastorus allapoole langeda, sest pudelis olev õhk lükkab seda ülespoole. Õigupoolest hoiab see õhk tilka klaastorus. Pudelit käes hoides soojendab meie kehasoojus pudelit, mis omakorda soojendab selles olevat õhku. See õhk paisub ja lükkab veetilka ülespoole. Veetilka saab panna allapoole liikuma, kui jahutame pudelit külma veega või puhume klaastorusse.

1.30 Paberkarusell

Vahendid:

1. Kaks paberkaarti (13 x 21 cm)
2. Nõel või nööpnõel, teip, käärid
3. Pliiats või joogikõrs, lamp või küünal ja tikud

Protseduur:

1. Joonista paberile umbes 1 cm laiuse servaga spiraal ja lõika see kääridega jälge ajades välja (Joonis A)

2. Kasuta teipi, et kinnitada nõel või nööpnõel pliiatsi või kõrre külge

3. Tasakaalusta paberspiraal nõelateral ja hoia seda süüdatud küünlast või lambist umbes 10 cm kõrgusel (Spiraal hakkab pöörlema!)

4. Paberist saab teha ka teise kujuga karuselle! (Vt Joonis B & C)

Mida teeb küünlaleek õhuga?
Mida teeb soojendatud õhk?
Mida peab tuuleveski pöörama?
Miks hakkas paberspiraal pöörlema?
Kas me saame teha ka teise kujuga paberist väljalõikeid, mis hakkaksid pöörlema?

Selgitus Lamp või küünal olid soojusallikateks, et õhku soojendada. Soe õhk võtab enda alla rohkem ruumi kui jahe õhk ja on seega kaalult kergem. Seega tõuseb soe õhk ülespoole, mistõttu liigub õhk sellesse õhuvoolu asetatud paberspiraali külgi mööda ja paneb selle pöörlema. Samal põhimõttel töötavad ka näiteks tuuleveskid, mis pöörlevad ainult siis, kui väljas puhub tuul. Selles olukorras on õhuvool aga horisontaalne. Paberspiraali liigutanud õhuvool liikus vertikaalselt. Õhuvoolus hakkavad liikuma ka teise kujuga paberlõiked – vt Joonis B ja C. Pöörlemisteljeks on antud juhul nõelatera, mis käitub objekti pöörlemise ajal hõõrdevaba tugipunktina. Seega paneb ka väga õrn õhuvool spiraali liikuma.

1.31 Tantsiv sent

Vahendid:

1. Üks tühi kitsa kaelaga pudel
2. Üks suur anum sooja vee jaoks
3. Väike sent

Protseduur:

1. Niisuta pudeliava ja aseta sent horisontaalselt pudelisuule

2. Täida suur anum kuuma veega (vesi ei tohi aurata – see peaks nägema välja nagu külm vesi); kui võimalik, täid anum juba enne katse sooritamist

3. Aseta sendiga kaetud pudel veega täidetud anumasse ja jälgi tantsisklevat senti

Mis oli pudelis enne, kui see kaeti sendiga?
Milline oli anumas olev vesi?
Milleks oli vaja pudelisuu eelnevalt niisutada?
Miks hakkas sent üles-alla liikuma (vibreerima)?
Kas sent tantsiskleks ka siis kui pudeliava poleks niisutatud?

Selgitus Enne sendiga katmist oli pudelis õhk. Pudelisuul olev niiskus käitub tihendina pudelis ja sellest väljas oleva õhu vahel. Pudeli asetamisel kuuma vette hakkab õhk pudelis soojenema, mistõttu see paisub. Ainus võimalus pudelist väljumiseks on läbi pudelisuu, mistõttu tõstab õhk sendi üles. Sent langeb seejärel tagasi alla, õhk paisub raaskord ja sent liigub uuesti. Selle tegevuse kiire kordumine põhjustab sendi vibreerimist. Ilma pudelisuud niisutamata ei sulge sent pudeli sisemust välisõhust ja soe õhk saab vabalt pudelist väljuda ilma senti tõstmata. Seega ei hakkaks sent vibreerima.

1.32 Iseenesest paisuv õhupall

Vahendid:

1. Väike tühi õhupall (mis on eelnevalt täis puhutud)
2. Suur kitsa kaelaga pudel
3. Suur anum kuuma vee jaoks

Protseduur:

1. Kui sul on olemas ka teine identne pudel, aseta sellesse mõned väiksemad objektid. Näita pudeleid õpilastele ja küsi, mis on pudelis (Oodatav vastus ühe pudeli kohta: mitte midagi)

2. Aseta väike õhupall ümber „tühja“ pudeli kaela ja lase sel lõdvalt vastu pudeli külge rippuda (Joonis A)

3. Täida anum kuuma veega (vesi ei tohi aurata; võimalusel ära näita õpilastele, et tegu on kuuma veega)

4. Aseta õhupall koos pudeliga veega täidetud anumasse (õhupall täitub aeglaselt) (Joonis B)

Enne katset: mis on pudelis?
Miks paisus õhupall iseenesest?
Milline oli anumas olev vesi?
Kuidas tühjendada õhupall ilma seda pudelilt eemaldamata?
Mis juhtub õhuga kui seda soojendada?
Kas soojendatud pudelis on jaheda pudeliga võrreldes rohkem õhku?

Selgitus Hetkel, mil õhupall ümber pudeli asetati, oli pudel täidetud õhuga. Pudeli asetamisel kuuma vette soojenes ja paisus õhk selles ning puhus õhupalli täis. Mida suurem on pudel seda rohkem õhk paisub ja seda kiiremini õhupall suureneb. Kui pudel veest eemaldada ning sel veidi aega jahtuda lasta, tõmbub õhk uuesti kokku ning õhupall tühjeneb. Õhu kogus ei muutu olenevalt temperatuurist, sest väline õhk ei pääsenud pudelisse. Muutub ainult õhu ruumala.

1.33 Miks vesi tõuseb? (I)

Vahendid:

1. Kolm ühesugust kandikut või üks suur sile kandik
2. Kolm ühesugust klaasi
3. Kuus väikest tordiküünalt ning tikud

Protseduur:

1. Kinnita igale kandikule (või suurele kandikule piisavate vahemaade järel) üks, kaks ja kolm küünalt

2. Täida kandikud vähemalt ¾ klaasitäie veega

3. Süüta kõik küünlad ja oota, et kõik põleksid ühtlaselt

4. Aseta kõik kolm klaasi üheaegselt pahupidiselt küünalde kohale (vt Joonis). Vajaduse korral lase õpilastel end aidata

Millises klaasis tõuseb vesi kõige kõrgemale?
Miks oli tarvis kasutada ühesuguseid kandikuid, klaase ja küünlaid?
Kas kandikutesse peab valama täpselt sama koguse vett?
Milline tingimus muutub, kui võrdleme olukordi A, B ja C?
Millise kandiku kohal kerkis temperatuur enim?
Kas klaasi all lõksus olev õhukogus oli kolme katse korral ühesugune?
Miks tõusis vesi olukorras C kõige kõrgemale?

Selgitus Kõigi kolme katse puhul olid kandikud, klaasid ja küünlad ühesugused. See tähendab, et need tegurid ei mõjutanud veetaseme kerkimist. Ainus tegur, mis muutus, oli küünalde arv ehk seega temperatuur. See oligi peamine tegur, mis põhjustas klaasi all lõksus oleva õhu paisumist just enne, kui klaas puudutas vett. Seega oli klaasi C all enne veega kokku puutumist kõige vähem õhku ja seega madalaim rõhk. Seetõttu kerkiski vesi just selles klaasis kõige enam. Enamik õpilasi arvavad, et kolm küünalt põletavad rohkem hapnikku, mis pole aga tõsi. Hapniku kasutamine põlemisprotsessis rõhu vähenemisele klaasis küll kaasa, kuid hapniku kogus oli igas klaasis samasugune.

1.34 Miks vesi tõuseb? (II)

Vahendid:

1. Väike kandik ja klaas
2. Tordiküünal või puidust tikud ja sent

Protseduur:

1. Kinnita küünal vahatilgaga kandiku keskele (Joonis A) või kui sul pole küünalt käepärast, murra paar tikku ühest otsast pooleks (mitte nii, et tikud oleksid nüüd kahes osas) ja aseta need vertikaalselt kandikule (kasutades senti kui raskust, mis tikke toetaks; Joonis B)

2. Täida kandik umbes poole klaasitäie veega

3. Süüta küünal või kaks tikku ja kata need koheselt ümberkeeratud klaasiga. Jälgi veetaset!

Miks tõusis veetase klaasis?
Mida on vaja, et küünlaleek põleks?
Kas veetase klaasis kerkis kohe pärast küünla/tikkude klaasiga katmist?
Mida tegi küünlaleek klaasis oleva õhuga?
Kas kahe või kolme küünla põletamine ühe asemel kergitaks veetaseme samale kõrgusele?
Kuidas mõjutab klaasi suurus kerkiva vee taset? Kuidas sooritada katse, et seda proovida?

Selgitus Küünla põletamiseks on vaja hapnikku, mistõttu kasutab leek ära kogu klaasi all lõksus olnud hapniku. Leek kustub, kui kogu hapnik on ära kasutatud. Kuna klaasi all puudub hapnik, on õhurõhk klaasis väiksem kui väline atmosfäärirõhk. Seetõttu lükkab väline õhk vett klaasis kõrgemale. Teine suur tegur, mis klaasis oleva rõhu kahanemisele kaasa aitab, on fakt, et küünlaleek soojendas klaasis olevat õhku enne, kui klaas puudutas veepinda. Sel hetkel pääses osa õhku klaasist välja. Pärast leegi kustumist jahtus klaasis olev õhk ning tõmbus kokku, imedes seega vett ülespoole.

1.35 Küünal purgis

Purgi ruumala ja küünlaleegi põlemisaeg on lineaarses sõltuvuses – see selgub joonistatud graafikult.

Vahendid:

1. Kolm või rohkem erineva suurusega klaaspurki
2. Kolm või rohkem tordiküünalt (sõltuvalt purkide arvust)
3. Suur kell või käekellad, et mõõta leegi põlemise aega

Protseduur:

1. Jaga klass väikestesse (3-6 õpilast) gruppidesse

2. Anna igale grupile üks purk, üks küünal ning tikud

3. Veendu, et õpilased näevad kenasti suurt kella või et igal grupil on aja mõõtmiseks oma kell

4. Lase õpilastel mõõta purgiga kaetud küünla põlemise kestust; mõõtmist tuleks alustada kohe, kui küünal purgiga kaetakse; mõõtmine tuleks lõpetada hetkel, mil tahust hakkab suitsu tulema (korda katset mitu korda, veendudes, et purgid saaksid uuesti õhuga täidetud)

5. Võrdle purgi suurust (ruumala) põlemisaegadega (joonista graafik)

Miks mõõdame küünlaleegi põlemist rohkem kui korra?
Mida peaksime tegema purgis oleva gaasiga alati enne katse kordamist?
Milline oleks teie arvates küünlaleegi põlemisaeg juhul, kui me ei laseks õhul enne katse kordamist pudelisse naasta?

6. Miks kustus küünlaleek purgis?

Kuidas mõõta purgi ruumala?
Milline on purgi ruumala ja küünlaleegi põlemisaja vaheline suhe?

Selgitus Küünlaleegi püsimiseks on vaja hku ehk tegelikult õhus sisalduvat (umbes 20%) hapnikku. Pärast esimese põlemiskatse lõppemist pole purgis enam hapnikku. Kogu hapnik on asendatud süsinikdioksiidi ja veeauruga, mille kondenseerumist võib näha purgi jahedal siseküljel. Enne järgmise katse sooritamist tuleb purgis olev õhk ja hapnik taastada. Seda saab teha, liigutades kortsutatud paberit mitu korda järjest purki ja purgist välja. Purgi ruumala ja küünlaleegi põlemisaeg on lineaarses sõltuvuses – see selgub joonistatud graafikult.

1.36 Veelembeline teraskäsn

Silindris olnud teraskäsn reageeris õhus oleva hapnikuga, moodustades rauarooste (Fe2O3)

Vahendid:

1. Kaks gradeeritud silindrit või kaks kõrget klaasi
2. Kaks madalat taldrikud või kandikut
3. Väike jupp teraskäsna

Protseduur:

1. Täida mõlemad madalad nõud veega

2. Aseta teraskäsna jupp ühe silindri või kõrge klaasi põhja (Joonis A)

3. Niisuta käsna, valades silindrisse veidi vett

4. Täida silinder veerandi ulatuses veega, kata väikese paberitükiga, aseta pahupidiselt taldrikule või kandikule ning eemalda paberitükk

5. Tasakaalust veetase silindris võrdseks taldrikus oleva veetasemega, hoides silindrit viltuselt, et õhk pääseks mullidena välja (Joonis B)

6. Korda samme 4 ja 5 silindriga, milles puudus teraskäsn

7. Aseta silindrid kõrvuti ja jäta need ööseks seisma. Vaata, mis on veetasemega juhtunud!

Miks tõusis teraskäsnaga silindris olev veetase?
Miks muutis teraskäsn oma värvi? Mis sellega juhtus?
Kui suure osa silindri ruumalast veetase tõusis?
Millist teist kemikaali saaksime teraskäsna asemel kasutada?

Selgitus Silindris olnud teraskäsn reageeris õhus oleva hapnikuga, moodustades rauarooste (Fe2O3). Kui kogu silindris olnud hapnik on rauaga ära reageerinud, peaks veetase silindris tõusma umbes viiendiku võrra ruumalast, sest õhk koosneb 20% ulatuses hapnikust. Eemaldades hapniku silindri sees olevast õhust, kahanes ülejäänud õhu rõhk, moodustades osalise vaakumi ja tõmmates seega veetaset ülespoole. Teraskäsna asemel saaks kasutada ka magneesiumiriba või tükikest valget fosforit.

1.37 Õhupallide tasakaalustamine

Täis puhutud õhupall on raskem, kui tühi õhupall.

Vahendid:

1. Kaks joogikõrt
2. Kolm nööpnõela või nõela ja kaks niidijuppi
3. Kaks ühesugust täispuhumata õhupalli

Protseduur:

Õhupallide tasakaalustamine

1. Seo mõlema õhupalli külge niidijupp ning kinnita niidijuppide teine ots joogikõrre erinevatesse otsadesse

2. Tasakaalusta kõrs oma sõrme abil, suru nõel kõrre tasakaalupunktist läbi ning kinnita see teise kõrre külge (Joonis A)

3. Veendu, et kõrred saavad vabalt nõela ümber liikuda; tasakaalusta horisontaalne kõrs ning suru sellest nõel läbi kohas, kuhu on kinnnitatud niidid (et takistada nende libisemist)

4. Veendu, et täispuhumata õhupallid on ideaalses tasakaalus. Puhu nüüd ühte neist õhku ja seo õhupallisuu kinni. Tasakaal kaob ja täispuhutud õhupalli ots vajub alla (Joonis B)

Mis on täispuhumata õhupallide sees?
Milline õhk puhuti õhupalli?
Mis juhtuks, kui niitide kinnituskoha juurde poleks nõela kinnitatud?
Millele viitab „kaalu“ olek pärast ühe õhupalli täispuhumist?
Mida teeb „kaal“ pärast mõlema õhupalli täitmist?
Kuidas veel saaks näidata, et õhul on kaal?

Selgitus Kõrrekaalu saab tasakaalustada, kui liigutada niidi kinnituskohta kõrre otsale lähemale või sellest kaugemale. Et hoida niite paigas, kasutame me nõelasid. Õhupalli sisse puhutud õhk oli väljahingatav õhk, mis sisaldab veidi veeauru, kuid meie katses ei oma see tähtsust. Teise õhupalli täitmisel peaks süsteem uuesti tasakaalustuma.

1.38 Kaalus juurde võttev pall

Õhku on võimalik kaaluda. Mida suurem õhupall, seda raskem.

Vahendid:

1. Korv- või võrkpall (ventiiliga)
2. Käsipump (palli täispumpamiseks)
3. Tehniline kaal (palli kaalumiseks)

Protseduur:

Kaalus juurde võttev pall

1. Aseta üpriski tühi korvpall või võrkpall tehnilisele kaalule ja märgi üles selle kaal

2. Ühenda käsipump palliga ja pumpa 10 korda

3. Ühenda pump lahti ja kaalu palli uuesti. Kui palju võttis pall kaalus juurde?

4. Korda samme 2 ja 3 ning lase õpilastel ennustada, milline on kaalus juurdevõtt pärast 5, 10, 15, 20 ja 25 korda pumpamist

Miks võttis pall kaalus juurde?
Mida saab öelda pumpamiste arvu ja palli kaalus juurde võtmise vahelise suhte kohta?
Kuidas teha nii, et pall võtaks kaalus alla?
Kui palju võtaks kaalus juurde veepall, kui seda pumbata sama pumbaga 5, 10 või 15 korda?
Kas õhukindel pudel võtaks kaalust juurde, kui pumpaksime sellesse õhku juurde?

Selgitus Antud katse näitab, et õhul on kaal. Õhu lisamisel palli tõuseb selle kaal. Sama pumpamiste arv annab sama juurdekasvu kaalus. Pumbates poole võrra vähem on ka kaalukasv poole võrra väiksem. Seega on pumpamiste arv otseses seoses kaalukasvuga. Kui andmed graafikule joonistada, saaksime pumpamiste arvu ja palli kaalu vaheliseks seoseks sirgjoone. Kaalukasv on sama, kui pumpata õhku juurde kas palli, täispuhutavasse madratsisse või õhukindlasse pudelisse – tähtis on vaid see, et kasutame sama pumpa ning pumpame sama arv kordi.

1.39 Prügikotitõstuk

Mitmesse kilekotti üheaegselt õhku puhudes on võimalik üles tõsta üllatavalt suuri raskusi.

Vahendid:

1. Kaksteist kuni kakskümmend keskmise suurusega kilest prügikotti
2. Kaks ühesugust siledapinnalist lauda

Protseduur:

1. Palu võimalikult paljudel õpilastel seista ümber laua ning anna neist igaühele üks kilest prügikott

2. Lase neil kilekotid ühtlaselt lauale laiali laotada ning kotisuud nii hoida, et nad saaksid nendesse õhku puhuda (õpilased peaksid seisma kükitades ümber laua)

3. Veendu, et kõik õpilased on valmis kottidesse õhku puhuma, hoidas samal ajal oma käed ja sõrmed lauast kaugemal

4. Palu kahel kuni neljal õpilasel tõsta teine laud üles, pöörata see ümber ning asetada aeglaselt esimese laua peale (seda tuleb teha ettevaatlikult, et ükski õpilane oma pead ära ei lööks)

5. Palu ühel või kahel õpilasel ronida üles ning istuda ülemisele lauale

6. Nüüd palu kükitavatel õpilastel pärast kolmeni lugemist kilekotid õhuga täita

Kas oleksid osanud oodata, et õhk suudab sellise koorma üles tõsta?
Mis pani ülemise laua kerkima?
Kuidas muutus kilekottides olev rõhk võrreldes välise atmosfäärirõhuga?
Millistes olukordades võime näha selle põhimõtte rakendamist?

Selgitus Kui kilekotti puhuda, surutakse õhk kokku. See kokkusurutud õhk surub tagurpidi pööratud laua pinnale, põhjustades selle kerkimist. Seda põhimõtet rakendatakse auto või jalgratta kummide täispumpamisel või õhu kokkusurumisel õhktõstukis (tanklates või töökodades). Rehvirõhk on kaks kuni neli korda suurem kui atmosfäärirõhk, õhktõstukis võib see olla aga kuni 20 või 50 atmosfääri.

1.40 Tubli sukelduja

Teada-tuntud Cartesiuse tuuker.

Vahendid:

1. Piimapurk või muu purk ja suur mensuur
2. Keskmise suurusega katseklaas
3. Meditsiinis kasutatav tilgutaja, puidust tikk ja suur õhupall

Protseduur:

Tubli sukelduja, joonis

1. Täida mensuur veega; täida tilgutaja pooleldi veega ja aseta see mensuuris olevasse vette. Tilgutaja peaks lihtsalt vee peal hõljuma (rohkem või vähem vett paneb tilgutaja kas põhja vajuma või veepeal hõljuma)

2. Täida purk ääreni veega ning aseta täispuhumata õhupall purgi suu ümber nii, et see oleks pingul (tee seda pärast tilgutaja asetamist purki)

3. Aseta oma sõrm väljavenitatud õhupallile ja kontrolli sellele vajutades tilgutaja liikumist purgis

4. Lase õpilastel öelda „üles“ ja „alla“ või „stopp“ ning liiguta tilgutajat vastavalt

5. Samamoodi saab veega täidetud katseklaasis kontrollida puidust tiku murtud otsa liikumist (vt Joonis B)

Mis pani tilgutaja või tikuotsa allapoole vajuma? Aga üles kerkima?
Mis juhtus veetasemega tilgutajas, kui see allapoole vajus?
Kas tilgutaja sees oleva õhu ruumala kasvas või kahanes, kui see allapoole vajus? Aga üles kerkimise ajal?
Kumba saab rohkem kokku suruda: kas vett või õhku?

Selgitus Väljavenitatud õhupallile (või katseklaasi suule) sõrmega surudes surutakse tilgutajas (või puidust tiku kiudude vahel) õhk kokku, veetase tõuseb ning seega muutub tilgutaja raskemaks ning vajub alla. Sõrme eemaldamisel surutakse õhk uuesti välja, tilgutaja muutub kergemaks ning kerkib uuesti üles. Seda põhimõtet kasutatakse allveelaevades, kus veepinnale kerkimiseks pumpatakse õhku välja ning sukeldumiseks uuesti sisse. See katse on sobiv ka põhja vajumise, ulpimise ja tiheduse alaste diskussioonide alustamiseks.

1.41 Veidi vett ja palju limonaadi

Vahendid:

1. Kaks ühesugust 4-liitrist plekk-kanistrit
2. Kaks kaheavalist tihendit (mis sobiksid kanistrisuule)
3. Klaastoru, kummitoru ja klaaslehter

Protseduur:

1. Paigalda klaas- ja kummitoru ning lehter kaheavalistesse tihenditesse nagu näidatud joonisel (Joonis A)

2. Täida kanister A umbes ¾ ulatuses (lisa punast toiduvärvi, et vedelik näeks rohkem limonaadi moodi välja) ning kanister B umbes 100ml ulatuses veega

3. Veendu, et tihendid on korralikult kanistri külge kinnitatud. Nüüd oled katseks valmis (ära selgita õpilastele torude asetust kanistri sees – õpilased näevad katset nagu toodud joonisel B)

4. Vala lehtrisse veidi vett ja ütle: ,,Ma võtan veidi vett ning teen sellest palju limonaadi”; ,,Kas oskate öelda, milline on kanistrisse ulatuvate torude asetus, et katse õnnestuks?”

5. Lase õpilastel moodustada grupid ning lase igal grupil moodustada oma hüpotees ja selgitus

Kas kanistrist B liikus vett kanistrisse A? (enne kanistrisisese struktuuri nägemist)
Mis paneks vee kanistrist A välja liikuma?
Mida teeb vee valamine lehtrisse veetasemega kanistris B?
Kas üks kanistri B torudest peab ulatuma veeni või mitte; ehk mõlemad?
Sama küsimus (4) kanistri A kohta (pärast kanistrisisese struktuuri nägemist)
Mis juhtuks, kui lehter ei ulatuks veeni?
Mis juhtuks, kui ka kanistris B ulatuks klaastoru veeni?
Mis juhtuks, kui kanistri A pikem toru ei ulatuks veeni?
Mis juhtuks, kui kanistri A mõlemad torud ulatuksid veeni?

Selgitus Joonisel A toodud korrektse ülesehituse korral tõuseb kanistris B veetase, kui lehtrisse veidi vett valada. Seetõttu tõuseb vee kohal oleva õhu rõhk ning ka kanistri A õhurõhk. See rõhk surub veepnnale ja seega liigub vesi pikas torus ülespoole. Vesi tilgub lehtrisse ning tsükkel kordub taas. Vee voolamine peatub, kui veetase kanistris A langeb madalamale kui pika toru avaus või kui veetase kanistris B jõuab lühkese toru avauseni.

1.42 Õhukahuri valmistamine

Vahendid:

1. Keskmise suurusega pappkast
2. Tugev polüetüleenleht (kasti ühe külje katmiseks)
3. Neli pikka rasket kummipaela, kummitihend
4. Kaks väikest petri tassi, kontsentreeritud ammoniaak, kontsentreeritud vesinikkloriidhape

Protseduur:

1. Lõika kasti põhja umbes 15cm diameetriga ümmargune auk ja pööra kasti avatud otsa küljed kasti sisse

2. Kinnita pikad kummipaelad klambrilööjaga ühest otsast auguga külje igasse nurka ning teisest otsast kummitihendi külge (vt Joonis)

3. Kata kasti avatud külg võrdlemisi lõdvalt polüetüleenlehega ning teibi selle servad tihedalt kasti külge

4. Vajuta kummitihend lehe keskele, keera leht tihendi ümber ning seo see väikese kummipaelaga kinni

5. Nüüd on õhutulistaja valmis. Lase mõnel õpilasel hoida kastist umbes 10m kaugusel paberitükki või riidetükki ning tulista selle suunas ”õhukuul” hoides selleks kasti kinni, suunates auk paberi poole, tõmmates kummitihendist ning see siis järsult vabastades (vt Joonis)

6. Õhutulistajat saab panna ka suitsurõngaid moodustama. Teibi petri tassid üksteise kõrvale kasti alla, aseta ühte tassi paar tilka kontsentreeritud ammoniaaki ja teise paar tilka kontsentreeritud vesinikkloriidi. Tulista suitsurõngaid!

Kuidas on võimalik õhukuule tulistada 10m kaugusel asuvale paberitükile?
Kas sama efekti annaksid ka kandiline või kolmnurkne avaus?
Mis kuju oleks „õhukuulil“ siis?
Milles koosnes suitsurõnga suits?

Selgitus Kasti tehtud ringikujuline avaus võimaldas väljuval õhul moodustada ümmargusi „kuule“, mis suudavad läbi õhu liikuda palju kiiremini ja kaugemale. Avause teise kuju korral takistaks kast seda loomulikku vedeliku liikumist. Suits tekkis ammoniaagi ja vesinikkloriidi gaasidest ehk aurudest: NH3 + HCL -> NH4CL, moodustades ammooniumkloriidi, mis on tahkis (suits koosneb gaasis segunenud väga väikestest tahketest osakestest). Täida õhutulistaja õhuvärskendaja või parfüümi abil ning tulista „lõhnakuule“ publikusse!

1.43 Suitsurõngaste võidujooks

Vahendid:

1. Õhukuulide tulistaja (vt Katse 1.42)
2. Sigaretid (kui sa oskad suitsurõngaid puhuda)

Protseduur:

1. Aseta paar tilka kontsentreeritud ammoniaaki ühte petri tassi ja paar tilka kontsentreeritud vesinikkloriidi teise. Õhutulistaja kast aseta seejärel tasside peale.

2. Moodusta aeglaselt liikuv suitsurõngas, tõmmates aeglaselt tihend vaid veidi ning see siis vabastades

3. Kohe pärast aeglase rõnga vabanemist moodusta kiiresti liikuv suitsurõngas, tõmmates tihendit palju kaugemale ning see siis vabastades. Selle rõnga moodustamisel ei tohi muuta ümmarguse väljalõike suunda – rõngad peaksid liikuma samas suunas

4. Jälgi rõngaste liikumist

5. Kui sa oskad puhuda sigaretisuitsu rõngaid: tee suurem rõngas ning puhu seejärel sellest läbi väiksem, hoides suud veidi kitsamalt koos (Kui õhutulistajaga tehtud rõngad on sama suured, hoia väiksema ringi tegemiseks karbi avause ees väikse väljalõikega papitükki

Kas panid tähele, et rõngad ajavad üksteist taga?
Mida tegi esimene rõngas, kui teine rõngas sellest läbi läks?
Kumb rõngas võitis võistluse?
Kas rõngad olid kogu võidujooksu ajal sama suured?
Millise suurusega rõngas liiguks kõige kiiremini? Kas väiksem või suurem?
Miks rõngas üldse tekib?

Selgitus Kasti tehtud ringikujuline ava paneb selle keskmest väljuva õhu kiiremini liikuma. Ringi äärtest väljuvat õhku aga takistatakse veidi, mistõttu tekib ringikujuline liikumine, moodustades rõnga. Teine, väkisem rõngas liigub õhus kaarja trajektooriga, hakates pärast esimese rõnga läbimist oma läbimõõdult koheselt paisuma. Esimene ring aga kahaneb, liikudes läbi teise jne.