Aby sme dobre pochopili, čo je to povrchové napätie, musíme si uvedomiť, že medzi molekulami kvapalín pôsobia príťažlivé (kohezné) sily. Týmito silami sa molekuly kvapalín vzájomne priťahujú k tým okolitým - kvapalina drží pohromade. S rostúcim povrchom kvapaliny rastie aj jej povrchová energia. Jelikož rovnovážný stav je stav s minimální potenciální energií, snaží sa kapalina zmenšiť svůj povrch a dostať sa tak do rovnovážného stavu. Molekuly kvapaliny, ktoré sú v jej povrchovej vrstve, majú väčší potenciálnu energiu, než by mali, keby boli vo vnútri kvapaliny. Tej časti potenciálnej energie, ktorú majú molekuly v povrchovej vrstve navyše, sa hovorí povrchová energia. S rostúcim povrchom kvapaliny rastie aj jej povrchová energia. Jelikož rovnovážný stav je stav s minimální potenciální energií, snaží sa kapalina zmenšiť svůj povrch a dostať sa tak do rovnovážného stavu.
Tieto sily medzi jednotlivými molekulami sú vyrovnané. To ale u molekúl, ktoré sa nachádzajú pri hladine, neplatí. Nad molekulami je totiž vzduch, ku ktorému sa priťahovať nemôžu. U hladiny tak vzniká akási “pevnejšia” pružná vrstvička, ktorú nazývame povrchové napätie. Táto titěrná vrstvička môže uniesť zdanlivo ťažké predmety, ako je napríklad kovový špendlík, kancelárska sponka či minca. Tohto javu využíva aj vodný hmyz ako brusniarka, vodomerka alebo vodný pavúk (vodouch striebritý).
Ako to funguje s mliekom?
Mlieko je tekutina, ktorá obsahuje rôzne typy molekúl, vrátane vody, tukov, bielkovín, vitamínov a minerálov. Keď dáte do mlieka saponát, stane sa viacero vecí naraz. Zníži sa povrchové napätie tekutiny, takže farba sa môže ľahšie pohybovať. Saponát tiež reaguje s bielkovinami v mlieku, mení ich tvar a uvádza ich do pohybu. Reakciou saponátu a tukov vznikajú micely. Keď sa formujú, vytláčajú pigmenty vo farbive.
Experiment: Maľovanie na mlieko
Tento vedecký experiment ohromí vizuálnych a praktických detí.
Čo budete potrebovať:
- Tanier alebo miska
- Mlieko (najlepšie s vyšším obsahom tuku)
- Potravinárske farbivá (rôzne farby)
- Vatové tampóny alebo špáradlá
- Tekuté mydlo na riad
Postup:
- Naplňte tanier alebo misku mliekom.
- Pridajte niekoľko kvapiek potravinárskeho farbiva rôznych farieb na povrch mlieka. Snažte sa farby rozmiestniť rovnomerne.
- Namočte vatový tampón alebo špáradlo do tekutého mydla na riad.
- Povzbuďte dieťa, aby sa tampónom alebo špáradlom dotklo farebného mlieka a krúžilo ním okolo.
- Pozorujte, ako sa farby začnú miešať a vytvárať mramorovaný efekt.
Nakvapkajte do mlieka potravinárske farbivo. Keď sa dotknete povrchu mlieka tyčinkou namočenou do saponátu, farby sa začnú prudko rozpíjať. Môžete skúsiť, čo spraví, ak budete do mlieka ponárať čistú paličku, ak zmiešate farbu so saponátom vopred, alebo ak dáte saponát najprv a farbu až potom.
Môžete použiť aj rastlinné mlieko, napríklad mandľové. Recept som našla na Babble Dabble Do, kde Anna vytvára z mramorovaného mandľového mlieka monoprinty na papier.
Ďalšie experimenty s povrchovým napätím
Z mydlového roztoku môžeme vytvoriť blanu v drôtenom rámčeku s pohyblivou priečkou. Blana má tendenciu sa stiahnuť, aby mala čo najmenší povrch. Chceme, ak udržať blanu v rovnováhe v napnutom stave, musíme kolmo na ňu pôsobiť dostatočne veľkou silou. Nás bude zaujímať povrchová sila pôsobiaca na pohyblivú priečku. Jestliže je drôtený rámček zavesený na stojane, pôsobí kolmo na pohyblivú priečku tiažová sila. Tiažová sila je priamo úmerná hmotnosti priečky a závažia, ktoré na priečku môžeme zavesiť.
Pokus s kancelárskymi sponkami
Tento experiment slúži na skúmanie povrchového napätia vody pomocou kancelárskych sponiek. Budete k tomu potrebovať číre sklo, vodu, kvapkadlo alebo pipetu a veľa sponiek. Naplňte si pohár vody čo najvyššie bez toho, aby sa rozliala. Potom pomocou kvapkadla alebo pipety pridajte niekoľko posledných kvapiek, aby bolo čo najviac plné. Dajte dieťaťu odhadnúť, koľko sponiek si myslí, že sa zmestí do pohára, kým voda pretečie. Začnite zhadzovať sponky po jednej. Staršie deti možno budú chcieť sledovať, koľko ich prihodilo. Spinky by ste mohli usporiadať do hromádok desiatok, aby ste mali prehľad.
Využitie povrchového napätia v praxi
Táto titěrná vrstvička môže uniesť zdanlivo ťažké predmety, ako je napríklad kovový špendlík, kancelárska sponka či minca. Tohto javu využíva aj vodný hmyz ako brusniarka, vodomerka alebo vodný pavúk (vodouch striebritý).
Ak roztavené sklo kvapneme do studenej vody, jeho povrch sa prudko ochladí, aj keď stred zostáva dlhšie tekutý a má tendenciu sa zmršťovať. Ale kvapka sa už nemôže zmenšiť, pretože ju drží vonkajšia škrupina zchladeného skla. Výsledkom je obrovské vnútorné napätie.
Experimenty pre deti a vzdelávanie
Na podporu lásky k vede nie je nikdy skoro. Aj keď deti v predškolskom veku nedokážu pochopiť pokročilé vedecké koncepty, mali by ste jednoduchšie vedecké experimenty začleniť do ich každodenného života. Najrôznejšie školské prázdniny, voľná, sviatky a víkendy predstavujú cenný voľný čas, ktorý možno využiť na vzbudenie detskej zvedavosti, objavovanie okolitej prírody a podnecovanie k učeniu.
Zábavné učenie začína s Montessori zošitmi, ktoré ponúkajú najrôznejšie pokusy, ktoré deťom pomáhajú porozumieť princípom vedy a sveta okolo nich. Byť samostatnejší, získať sebadôveru, naučiť sa pozornosti a precvičiť jemnú motoriku je možné vďaka tomuto zošitu Montessori zábavnou formou.
Vďaka zošitu Moje malé pokusy Montessori sa vaše dieťa zoznámi s fyzikálnymi, optickými, biologickými a chemickými javmi a názorne si vyskúša optické klamy, statickú elektrinu a ďalšie. Bude robiť naozajstné vedecké pokusy s každodennými ingredienciami a predmetmi ako vajcia, mlieko, izolepa, balóniky a iné. Vyrobí si papierový vrtuľník alebo vytvorí tornádo vo fľaši s vodou.
SCIENCE WORKSHOPY a Program Malý Vedec Program je prepojením vzdelávania chémie so zábavou prostredníctvom krúžkov alebo workshopov pre deti od 4 do 12 rokov. Program je prispôsobený rôznym typom škôl a zariadení - v materských školách sa kladie dôraz na multisenzorické aktivity a hru, na základných školách na postupnosť, presnejšie merania a interpretáciu výsledkov.
Deti sa hravou formou zoznamujú s mnohými základmi chémie. Učia sa, ako reagujú kyseliny a zásady, čo je to povrchové napätie a ako naň pôsobia rôzne látky (pokus farebné mlieko, pokus lávová fľaša). Objavujú tvorbu polymérov a gélov (pokus polymérové červy, pokus sliz), aj rozklad látok a vznik plynov (pokus slonia zubná pasta, pokus samonafukovací balónik).
Tipy pre úspešné experimentovanie s deťmi:
- Bezpečnosť na prvom mieste: Vždy dohliadajte na deti počas experimentov a uistite sa, že používajú ochranné pomôcky, ak sú potrebné.
- Zapojte deti do prípravy: Nechajte deti pomáhať s prípravou pomôcok a ingrediencií.
- Klaďte otázky: Podnecujte deti, aby sa pýtali otázky a premýšľali o tom, čo sa deje.
- Nechajte ich experimentovať: Dovoľte deťom, aby si vyskúšali rôzne varianty a objavovali vlastné riešenia.
- Užite si to: Experimentovanie by malo byť zábavné a poučné pre vás aj pre vaše deti.