Téma t1: Paradoxní výsledky

Zadáno v čísle 25.1.

Zadání

Obsah:

1. díl

2. díl

 

1. díl

V tomto spíše experimentálním témátku se budeme zabývat ověřováním a následně interpretací dat, která jste naměřili. Nebude nijak početně složité, chceme po vás, abyste se naučili přemýšlet o datech, která získáte, vyvozovat z nich hypotézy a umět si na jejich základě pokládat otázky, které vás dovedou k dalším úvahám a experimentům.

Začněme takovým malým příběhem, který nám nastíní, o co se bude v tomto témátku jednat. Bylo nebylo, kdesi daleko žil jeden malý kluk. Jmenoval se Bartoloměj a měl rád zmrzlinu. Vyráběl si ji spolu s kamarády ve škole skoro každý den. Vždy smíchali mléko a cukr, tuto směs zahřáli v hrnci, nechali vychladnout a pak dali zmrznout do mrazáku. Jelikož kluků bylo hodně a míst v mrazáku málo, ne vždy se dostalo na všechny. Platilo, že kdo dřív přijde, ten dřív mele, takže Bartoloměj jednoho dne v zápalu boje o poslední místo v mrazáku zariskoval, nepočkal, až mu směs na zmrzlinu vychladne, a zavřel ji do mrazáku horkou. Když se po chvíli vrátil, bylo mu opravdu divné, že jeho směs už ztuhla a proměnila se ve zmrzlinu, avšak zmrzliny ostatních kamarádů ještě neztuhly. Vždyť byly studenější než ta jeho! V Bartolomějovi to vzbudilo zájem, ale ať přemýšlel, jak chtěl, nemohl přijít na to, proč tomu tak bylo. Když se zeptal učitelů, tak mu nevěřili a dělali si z něj legraci, že si vymyslel své vlastní fyzikální zákony. Jenže Bartoloměj věděl, co viděl. Rozhodl se dokázat ve školní laboratoři, že měl pravdu. Připravil si dvě navlas stejné nádoby a poté do jedné nalil horkou vodu a do druhé o něco chladnější. Obě poté zavřel do školního mrazáku.


Problém:

Co si myslíte vy, jaký byl výsledek jeho pokusu? Proveďte podobný pokus a ověřte, zda měl Bartoloměj pravdu. Doporučujeme to vyzkoušet nejprve s vodou, ta má víc konzistentní strukturu než Bartolomějova zmrzlina (ale nikdo vám samozřejmě nebrání něco podobného vyzkoušet). Zkuste si graficky zaznamenat závislost doby tuhnutí na počáteční teplotě jednotlivých měření, zkoumejte i závislost teploty na čase pro jednotlivá měření. Jaké parametry určují, zda je voda zmrzlá? Stanovte si okamžik, kdy prohlásíte jednotlivá měření za ukončená.


Tip: Experimenty bývají obecně časově náročnější, proto pokud se rozhodnete pro toto témátko, nezačínejte s měřeními na poslední chvíli.


2. díl

Malý Bartoloměj provedl svůj pokus a zjistil, že teplejší voda opravdu zmrzne rychleji, ale jen pokud pokus probíhá v menším měřítku (tedy pokud Bartoloměj neumístí do jednoho mrazáku mnoho nádob najednou). Rád by však přišel na to, co za to může. Nejprve se rozhodl prozkoumat vlastnosti kapaliny. Připravil si tedy teploměr a vyzkoušel tato měření s roztokem kuchyňské soli. Svoje měření ukončil, když teplota dané kapaliny dosáhla hodnot lehce pod 0C. Napadlo ho, že kapalina má jinou teplotu v různých místech svého objemu. Co kdyby do ní něco vložil a zabránil tak jejímu míchání anebo materiálem vloženého tělesa (například lžičky) ovlivnil odvod tepla z kapaliny?


Problém 1:

Ověřte, zda i pro ostatní kapaliny platí, že na počátku teplejší kapalina mrzne rychleji. Vyzkoušejte např. mléko, vodu se solí atd. Na čem si myslíte, že bude výsledek měření záviset? Zkuste navrhnout ideální kapalinu, na které bude efekt nejsilnější. Zkuste změnit podmínky, za kterých voda a vámi zvolené kapaliny tuhnou, tím, že zamezíte pohybu molekul v objemu kapaliny či změníte odvod tepla tím, že do kapaliny něco vložíte. Diskutujte důsledky těchto vámi změněných podmínek.

Pája a Matej; pavla.trembulakova@seznam.cz
e-mailová konference: paradoxni@mam.mff.cuni.cz