Наука, эффекты и природа

Сегодня в рубрике #умная_осень предлагаем провести эксперимент «Осенние краски: как холод и темнота крадут зелёный цвет у деревьев»

Зачем нужен такой опыт:

Чтобы ребёнок понял связь между погодой, светом и осенней окраской; увидел, как природа реагирует на смену сезона.

Что потребуется:

✔ по 3–4 одинаковых зелёных листа с разных деревьев (например, с клёна, берёзы, сирени).
✔ картон или плотная бумага;
✔ скотч;
✔ холодильник;
✔ тёплое светлое место.

Ход эксперимента:

1. Один лист оставляем на свету. Один лист оставьте в обычных условиях — при комнатной температуре и свете.

2. Второй лист прячем от света. Часть второго листа плотно закройте картоном с обеих сторон, чтобы туда не попадал свет.

3. Проверяем влияние холода. Третий лист поместите в холодильник (не в морозилку) на несколько дней.

4. Наблюдаем. Каждый день рассматривайте листья и отмечайте изменения: появился ли желтоватый оттенок, изменилась ли яркость зелёного цвета, одинаково ли выглядят разные участки листа.

Что происходит с листьями?

Зелёный цвет листа создаёт хлорофилл. Пока растение активно растёт, его много, поэтому зелёный цвет «перекрывает» другие пигменты.

Когда осенью становится холоднее и световой день сокращается, растение перестраивает свою работу. Хлорофилл постепенно разрушается и перестаёт активно производиться.

И тут обнаруживается маленький секрет: жёлтые и оранжевые пигменты всё это время уже были в листе! Они просто были незаметны за зелёным хлорофиллом.

То есть осенний лист не становится жёлтым, а теряет зелёную маску.

Важно: один только холод или темнота не являются единственной причиной осенней окраски в природе. На неё влияют еще продолжительность дня, температура воздуха, состояние растения.

Вопросы для развития научного мышления по теме эксперимента

До начала эксперимента предложите ре…

Космический аппарат для дальних полётов за пределы Солнечной системы не несёт с собой топливо для полного изменения скорости. Он временно входит во взаимодействие с какой-либо планетой и использует её гравитационное поле для изменения траектории и скорости.

Соответствие:

• ресурсный объект — планета;

• поток или ресурс — гравитационное поле;

• преобразующий элемент — правильно выбранная траектория;

• получаемая функция — изменение скорости и направления.

Это особенно высокий уровень аналогии: физического соединения нет, связь осуществляется через гравитационное поле.

Иногда обычный инструмент слишком большой для задачи. Он не может ударить по частице размером в микрон, залезть внутрь клетки или работать прямо в крошечном канале.

Но инструмент можно создать прямо в жидкости.

Ультразвук заставляет порождать микроскопические пузырьки пара в жидкости, затем расти и… схлопываться.

Механизм этого явления, следующий:

• Зарождение. В микроскопической газовой полости или на частице возникает пузырёк.

• Рост. Из-за низкого давления жидкость испаряется внутрь него, а растворённые газы диффундируют в полость.

• Схлопывание. Давление резко возрастает, пар конденсируется, а оставшийся газ сильно сжимается.

В момент схлопывания температура и давление внутри могут кратковременно стать чрезвычайно высокими. Возможно образование активных радикалов, например -OH и -H, а при мощной ультразвуковой кавитации — кратковременно ионизированного газа, близкого к микроплазме.

Поэтому в момент схлопывания возникают мощные локальные потоки, микроструи и удары. На доли мгновения пузырёк превращается в одновременно в микро-молоток, микро-мешалку или микро-реактор.

Именно из этого вырастают основные применения акустической кавитации:

Очистить поверхность объекта (или труднодоступное место), контактирующего с жидкостью

Разбить комки частиц слипшегося вещества.

Безопасно вскрыть клетки, содержащие внутри нужное вещества, и достать содержимое

Смешать жидкости, которые в обычных условиях не смешиваются

Ускорить химическую реакцию

Быстро и полностью удалить из жидкости растворенный в ней газ.

Применение 1. Удалять загрязнения без прямого механического воздействия, в частности из труднодоступных мест.

Если для удаления загрязнений нежелательно применять механическое или химическое воздействие, или загрязнение невозможно достать, поскольку оно находится внутри отверстия, канала …

В арбуз пересадили гены таракана. Теперь, когда арбуз разрезают, семечки выскакивают и разбегаются.

/Анекдот/

Съешь ГМО – козленочком станешь!

О ГМО – генетически модифицированных организмах – наслышаны все. Российское законодательство обязывает производителей товаров указывать факт использования ГМО при изготовлении продукции. Дошло до того, что слоган «без ГМО» стал использоваться с целью продвижения товара на рынок. В ответ на такую рекламную политику многие покупатели начали воспринимать надпись «без ГМО» как гарантию натуральности продуктов. Более того, «добрые советчики» рекомендуют не брать товары, на которых эта информация не обозначена. Раз не написано, что нет ГМО, значит, они есть в составе продукта. Значит, употреблять его в пищу опасно для здоровья.

О генной инженерии народ знает мало. Неизвестность становится широким полем для рождения страхов, опасений и просто выдумок. Около 80 % россиян считают ГМО-продукты небезопасными для потребления.

Итак, в России к ГМО-продуктам относятся с опаской. А в других странах?

Против использования ГМО направлены законы многих африканских государств. Например, правительство Замбии во время голода, когда умирали люди, отказалось от генномодифицированной кукурузы, которую предлагали США в качестве гуманитарной помощи.

Серьезные ограничения на использование ГМО есть и в ЕС.

Рисунок 3. Арахисовое масло без ГМО (NON-GMO).Написано на этикетке.

Попробуем разобраться в причинах такого убеждения.

Среди опасений, которые озвучивают противники ГМО, есть такие:

- использование ГМО может спровоцировать раковые заболевания;

- использование ГМО вызывает аллергию и другие болезни;

- использование ГМО сокращает жизнь;

- ГМО-продукты менее питательны;

- ГМО вредят окружающей среде;

- ГМО содержат опасные для здоровья вещества и токсины.

Сл…

Вещество под названием дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ, или попросту дуст) открыл австрийский химик Омар Цайдлер в 1874 году. Но только спустя полстолетия были открыты его уникальные свойства – возможность убивать насекомых. В 1939 году швейцарец Пауль Мюллер после многих исследований предложил использовать ДДТ в качестве инсектицидного средства [23].

Мюллер обнаружил особые свойства ДДТ:

– ДДТ мог бороться практически со всеми насекомыми-вредителями и насекомыми-паразитами: саранчой, вшами, мухами цеце, тараканами, клопами;

- запах дуста не отпугивал насекомых, они садились на обработанные ДДТ поверхности, листья и т.п. и тут же погибали;

- не портил полировку и другую мебель;

- оказался очень устойчивым и оставался смертельным для вредных насекомых в течение нескольких месяцев.

Но окончательный выбор определили два основных фактора:

- низкая токсичность для теплокровных, в том числе для человека[1];

- простота изготовления и низкая стоимость, что позволило быстро наладить массовое производство ДДТ во многих странах.

Благодаря ДДТ удалось во многих регионах избежать эпидемий малярии, сыпного тифа и многих других болезней, ранее уносивших миллионы жизней. Во время Второй мировой войны дуст помог во многих странах предотвратить эпидемию сыпного тифа, переносимого вшами, во многих странах. Его использовали в домах, чтобы травить насекомых-паразитов.

Был найден уникальный препарат для решения многих проблем человечества – от защиты растений на полях до борьбы с эпидемиями опасных болезней.

Поэтому нет сомнений, что Нобелевская премия 1948 года, присужденная Паулю Мюллеру, более чем заслуженна.

Рисунок 14. Пауль Мюллер (1899 – 1965)

После окончания Второй мировой войны служба здравоохранения США начала борьбу с малярией в восемнадцати странах мира. Чтобы оценить важность это…

Осенний листопад - это повод поговорить с детьми об аэродинамике.

Предлагаю провести с детьми серию опытов, которые развивают наблюдательность и знакомят с базовыми физическими понятиями

Эксперимент «Падение листа: форма и сопротивление воздуха»

Спросите у ребёнка, почему один лист падает почти как камешек, а другой кружится, переворачивается и долго не приземляется? Если ребёнок ответит, что листья летят так, как им хочется, предложите провести эксперимент. Ведь у каждого листика есть свой секрет. Аэродинамический.

Описание опыта:

Соберите разные листья с разных деревьев. Пусть в наборе окажутся маленький и большой, узкий и широкий, простой и сложной формы – фигурный, с разрезами.

Затем нужно будет поднять листья на одинаковую высоту, одновременно отпустить и наблюдать за падением.

Полезно сначала предложить ребёнку сделать прогноз, как упадут листья (какой первым, какой последним), а уже потом проводить опыт. Так нарабатывается привычка исследователя: «Я думаю, что будет, а затем проверяю».

Наблюдайте:

• какой лист упал быстрее;

• какой дольше держался в воздухе;

• какой падал почти прямо;

• какой кружился, планировал или переворачивался.

Затем можно изменить форму одного и того же листа: свернуть его, сложить пополам, смять, разорвать на части — и снова проверить, как он падает.

Главная идея: воздух оказывает сопротивление движущемуся предмету.

Вопросы для развития научного мышления, которые можно задать ребёнку в процессе экспериментирования

Перед опытом:

• Как ты думаешь, какой лист упадёт быстрее? Почему?

• От чего это может зависеть?

• А если листья одинакового размера, но разной формы?

• Что будет, если один лист сложить?

Во время наблюдения:

Что происходит с листом, пока он падает?

• Он падает прямо или меняет направление?

Какой лист дольше находится в воздухе…

Хочешь забыть что-либо – плати за это.

У этого принципа необычная репутация: он выглядит как утверждение о компьютерах, а на самом деле это утверждение о забывании.

Бит — это шарик в ямке

Чтобы хранить один бит, нужна физическая система с двумя устойчивыми состояниями. Намагниченность вверх или вниз, конденсатор заряжен или разряжен, шарик лежит в левой ямке или в правой. Пока между ямками есть бугорок, шарик сидит там, куда его положили, и бит хранится.

Теперь важный вопрос: сколько стоит работа с этим битом?

Оказывается, почти все операции можно сделать почти даром. Скопировать бит, переставить, пропустить через логический элемент — если делать это медленно и аккуратно, затраты можно снижать сколько угодно. Никакого запрета природа тут не ставит.

А вот одна операция стоит денег всегда. Она называется стиранием.

Что такое стирание на самом деле

Стереть бит — это не «убрать шарик». Это команда: «положи шарик в левую ямку, независимо от того, где он был».

Вдумайтесь, что здесь происходит. До операции было два возможных положения. После — одно. Две разные ситуации превратились в одну и ту же, и различить их больше невозможно. Информация исчезла не в переносном смысле, а буквально: из состояния «после» нельзя восстановить состояние «до».

Почему за это надо платить

Вот здесь и вступает физика. Представьте, что вместо шарика в ямке у нас газ в сосуде, разделённом перегородкой пополам. Одна молекула — слева или справа, мы не знаем.

Команда «сделай так, чтобы молекула была слева» означает: сжать доступное пространство вдвое. А сжатие газа — это работа. Поршень надо толкать, и энергия, которую вы вложили, уходит в стенки сосуда теплом.

Ровно то же и с битом. Число возможностей сократилось вдвое — значит, беспорядок в памяти уменьшился. Но общий беспорядок во Вселенной уменьшат…

Можно ли охладить предмет ниже температуры окружающего воздуха, не потратив ни ватта?

Можно — если направить его радиатор мимо атмосферы, прямо в космос.

Лёд при плюсовой температуре

В XVIII веке британский офицер Роберт Баркер описал в трудах Лондонского королевского общества то, что делали в Индии задолго до него.

На открытом поле выкапывали неглубокие ямы, застилали их соломой, ставили сверху плоские пористые сосуды и наливали воду тонким слоем. Утром в них находили лёд — при том, что температура воздуха ночью не опускалась до нуля.

Персы делали то же самое в пустыне, храня зимний и «ночной» лёд в яхчалах — куполообразных ледниках с толстыми стенами.

Никакого испарительного охлаждения тут недостаточно: вода замерзала и в неподвижном влажном воздухе. Работало другое, и объяснение появилось только с термодинамикой излучения.

Вода излучала тепло в ночное небо. И небо оказалось несравнимо более холодным стоком, чем воздух над ней.

Окно, которого могло не быть

Всякое тело излучает. Тело при комнатной температуре — около трёхсот кельвинов — излучает в инфракрасном диапазоне с максимумом примерно на десяти микрометрах.

Атмосфера для инфракрасного излучения в основном непрозрачна: водяной пар и углекислый газ поглощают его почти во всём диапазоне и переизлучают обратно вниз. Именно поэтому ночью не наступает космический холод.

Но в этой непрозрачности есть щель. В интервале примерно от 8 до 13 микрометров атмосфера прозрачна — это так называемое окно прозрачности. Излучение, попавшее в него, уходит в космос, где температура фонового излучения составляет около трёх кельвинов.

Теперь соедините два факта. Окно лежит на 8–13 микрометрах. Максимум излучения тел земной температуры — около десяти. Окно приходится ровно на то место, где предметы вокруг нас излучают сильнее всего.

З…