Vyrobíme si malé papírové postavičky – a pak je budeme ovládat bez dotyku.

Co budeme potřebovat

Kousek toaletního papíru, tužku nebo fix, nůžky, tyčinkové lepidlo (nebo lepicí pásku), papír/karton na podklad, dlouhé plastové pravítko (nebo jiný plastový předmět, ideálně novodurovou trubku).

Postup

1. Na kousek toaletního papíru nakreslíme jednoduchého panáčka.
2. Panáčka opatrně vystřihneme.
3. Toaletní papír rozebereme na jednotlivé vrstvy – hned máme několik panáčků. Potřebujeme, aby byli panáčci co nejlehčí. Postavičku lze vytvořit i např. z alobalu.
4. Panáčka přilepíme za nožičky na papírový podklad tak, aby zbytek postavy mohl volně „vlát“.
5. Dokreslíme pozadí – může to být třeba město, louka nebo taneční parket.
6. Plastové pravítko (nafouknutý balonek / trubku) několikrát přejedeme po vlasech nebo po chlupatém svetru. Dáme pozor, abychom se „nabíjeného konce“ nedotkli rukou!
7. Přiblížíme pravítko k panáčkovi. A pak už sledujeme, co se stane.

Panáček se začne pohybovat, přitahovat k pravítku nebo od něj uhýbat, jako by ožil.

Co se vlastně děje

Třením plastové věci (izolantu) o vlasy nebo oblečení se na jeho povrchu vytvoří statický elektrický náboj. Ten dokáže přitahovat velmi lehké předměty – například tenkou vrstvu papíru.

Protože je panáček z velmi lehkého materiálu, elektrické síly stačí, aby se pohnul.

Pokud chcete aktivitu ještě rozšířit, zkuste vytvořit více postaviček – například tanečníky, sportovce nebo zvířátka. Děti pak mohou vymýšlet celé příběhy a sledovat, jak se jednotlivé postavy chovají při přiblížení nabitého pravítka.

Co je statická elektřina

Elektrostatický náboj vzniká tehdy, když se při tření dvou materiálů přesouvají elektrony z jednoho povrchu na druhý. Jeden předmět tak získá záporný elektrický náboj a druhý kladný elektrický náboj. Tento jev je patrný v elektrických izolantech, kde se nemohou elektrony volně pohybovat, takže se nakupí v jednom místě a navenek je elektrický náboj znatelný. Jeden přesunutý elektron by nestačil.

Nabitý předmět pak může působit elektrickou silou na své okolí. Velmi lehké předměty – například tenká vrstva papíru nebo vlasy – mohou být touto silou přitahovány, nebo odpuzovány, protože elektrony a protony, tedy malé elektricky nabité částice, má v sobě každý atom látky. Právě proto dokáže elektrostaticky nabité plastové pravítko rozhýbat naše papírové panáčky.

Statickou elektřinu ale můžeme pozorovat i v běžném životě:

• vlasy, které se po sundání čepice nebo po použití ručníku „ježí“,
• vlasy přitahované k plastovému hřebenu,
• malá jiskra, kterou někdy ucítíme při dotyku na kovový předmět nebo jiného člověka,
• vlasy, které nám vstanou na hlavě při delším skákání na trampolíně.

Nejsilnějším příkladem statické elektřiny v přírodě je blesk – jde v podstatě o obrovskou elektrickou jiskru mezi mraky nebo mezi mrakem a zemí.

Zkuste bádat dál

Když už se vám podařilo rozhýbat papírové panáčky, zkuste společně zjistit, na čem všem jejich „tancování“ závisí.

Různé materiály: Funguje pokus stejně dobře s plastovým pravítkem, plastovým hřebenem nebo nafukovacím balónkem? Co kovová lžíce nebo dřevěné ramínko?

Hmotnost: Jak lehký musí panáček být? Zkuste panáčka vystřihnout z různých materiálů – například z jedné vrstvy toaletního papíru, z papírového kapesníku nebo z obyčejného kancelářského papíru. Můžete vytvořit panáčka z alobalu i igelitového sáčku.

Počasí a vlhkost: Zkuste pokus udělat v různých dnech a na různých místech.

Co byste měli zjistit

(Dál čte jen ten, kdo si chce předem prozradit, co může pozorovat.) Kovová lžíce, obecně vodivý materiál, se nedá elektrostaticky nabít – tím, že lžíci držíte svou rukou, odchází elektrony rovnou do vás a dále do země. Na druhou stranu alobaloví panáčci fungují dobře. Tím, že jsou přilepení na papíře, mají v sobě jen omezený počet elektronů, které se mohou hýbat, a vytvářejí vlastní elektrostatický náboj při přiblížení nabitého předmětu. Dřevěné ramínko teoreticky nabít lze, ale jde to špatně, pravděpodobně se vám s ním pokus nepovede. Vzdušná vlhkost také velmi ovlivňuje průběh experimentu – čím vlhčí prostředí, tím spíše dojde k samovolnému vybití předmětů, tedy horší průběh experimentu.

Pro hlubší poznání elektrostatického náboje doporučuji pro menší i velké badatele tento článek z e-časopisu Třípól a velmi povedené video 9 Awesome Science Tricks Using Static Electricity!

Hodně radosti při experimentování!

Např. Černé a Čertovo jezero na Šumavě patřila v době vrcholícího znečištění ovzduší v 70. a 80. letech k nejvíce postiženým horským jezerům v České republice. Obě jezera byla výrazně okyselena kyselými dešti, přičemž Černé jezero (větší a hlubší) na tom bylo z hlediska kyselosti o něco hůře než menší Čertovo. Příčinou byla zejména dálková transpozice kyselých emisí ze severních Čech a sousedního východního Německa (dnes Saska). Dešťové a sněhové srážky přinášely oxidy síry a dusíku, které v kombinaci s nedostatečnou schopností půd v okolí jezer tyto kyseliny neutralizovat vedly k prudkému poklesu pH vody – někdy až pod hodnotu 4,5. V důsledku toho došlo k vymizení většiny vodních bezobratlých a ryb, narušení ekosystému a oslabení samočisticích schopností vod. Ještě dnes při ponoření pH indikátoru do jezerní vody naměříte výrazně kyselejší prostředí než u jiných vodních ploch (můžete zkusit s dětmi). 

Až po roce 1989 došlo ke zlepšení díky odsíření elektráren, snížení emisí a přechodu na ekologičtější zdroje energie.

Většina dětí slyšela o kyselých deštích jako o abstraktní hrozbě, ale jen málokteré měly možnost skutečně zjistit, co kyselý déšť znamená, jak vzniká a co způsobuje. Nechte se inspirovat, jak s dětmi v rámci badatelské činnosti téma uchopit hravě, prakticky, a přitom vědecky.

Každý déšť je trochu kyselý. Kde se to bere?

Po internetu koluje množství obrázků a infografik vysvětlující vznik kyselého deště jako důsledek znečištění ovzduší, ze všech zmiňme např. tuto prezentaci: Odkaz.

Kyselina uhličitá (H₂CO₃) vzniká rozpuštěním oxidu uhličitého ve vodě, ale i agresivnější kyseliny vznikající reakcemi oxidu siřičitého a dusičného s vodou (H₂SO₄, HNO₃). Přitom je dobré si uvědomit, že všechny zmíněné oxidy v ovzduší nevznikají jen lidskou činností, ale také při požárech, sopečné činnosti apod. Tedy na jistou míru znečištění a kyselosti dešťů je naše planeta zvyklá.

Experimenty: Okyselení vody

Využijte metodiku „Ocean Acidification“ od Science on Stage (Odkaz), kde pomocí oxidu uhličitého vdechovaného do vody děti pozorují změnu pH. Experiment je skutečně jednoduchý: změřte pH vody v kelímku, následně do ní děti pár minut vydechují brčkem a opět změří pH. K měření pH můžete použít běžně dostupné papírové indikátory používané k měření pH bazénové vody nebo ve školách, nebo přírodní indikátory jako výluh z červeného zelí, borůvek či třešní.

Zdrojem může být i video a doprovodná aktivita z dílny Evropské vesmírné agentury ESA: „How is climate change transforming our oceans?“ (Odkaz). Zde děti sledují změnu pH při zvýšené koncentraci CO₂ v ovzduší. Tento experiment je spíše demonstrační: buďto opět papírovým indikátorem, nebo zase výluhem zelí vizualizujete změnu pH vody poté, co jste zvýšili koncentraci CO₂ nad ní, např. přiklopili hořící svíčky poklopem – ty zhasly a dým zůstal pod poklopem nad vodou.  

Experiment: Jak kyselý déšť ničí budovy

Z metodiky „How does acid rain damage our buildings“ (Odkaz) vyberte experiment s křídou (uhličitan vápenatý), kterou děti ponoří do octa nebo citronové šťávy a sledují vznik bublinek (oxid uhličitý). Tato aktivita je vizuálně velmi atraktivní – bublinky vidíte hned. Pokud necháte křídu minimálně hodinu (raději déle) ponořenou v kyselině (ocet/citronová šťáva) a ve vodě, můžete s dětmi porovnat rozdíly ve struktuře a tvrdosti. Propojení s reálným světem je jasné: vidíme změny struktur materiálů na sochách, budovách, mostech. Můžete se vydat i ve svém okolí ven a hledat důkazy.

Závěrem

Téma kyselých dešťů se může z náročného vědeckého konceptu proměnit v atraktivní a plně badatelský projekt, který zvládnou i mladší žáci. Klíčem je přímá participace dětí na celém procesu od hypotéz po závěry.

Zdroje:

• Science on Stage: Ocean Acidification (Odkaz)
• Science on Stage: How does acid rain damage our buildings (Odkaz)
• ESA: How is climate change transforming our oceans? (Odkaz)

Science on Stage – Videos for Primary: Učme děti chránit přírodu od nejmladšího věku

Projekt Science on Stage – Save Our Nature nabízí sadu inspirativních videí a výukových materiálů pro učitele a lektory na 1. stupni ZŠ, které dětem poutavou formou přibližují témata udržitelnosti, ochrany životního prostředí a klimatických změn. Videa jsou krátká, názorná a snadno využitelná ve výuce i v zájmových kroužcích, neobsahují žádný text či řeč. Všechny materiály jsou volně dostupné na Odkaz. Doporučujeme jako skvělý start do badatelských a ekologických aktivit s mladšími dětmi.

UV světlo nabízí jedinečnou příležitost prozkoumat svět kolem nás v jiném spektru a objevovat skryté vlastnosti běžných materiálů. Přinášíme několik snadno proveditelných a bezpečných experimentů, které lze realizovat v badatelských klubech nebo doma.

Zvýrazňovače a jejich magická fluorescence

K prvnímu a velmi efektnímu experimentu budete potřebovat jen zvýrazňovače různých barev (zelený, žlutý a růžový mají nejlepší účinek).

Nakreslete obrázek nebo napište vzkaz zvýrazňovačem. Následně můžete (jemně) překrýt obrázek jiným motivem pastelkami. Když pak nasvítíte výtvor UV světlem, okamžitě vystoupí jasnou září první tvary nakreslené zvýrazňovači.    

Zvýrazňovače svítí v UV světle jevem tzv. fluorescence. Fluorescenční látky mají schopnost absorbovat lidským očím neviditelné ultrafialové (UV) světlo a následně ho vyzařovat jako světlo viditelné. Na atomové úrovni jde o elektronovou absorpci (vstřebání) energie z UV záření. Tato energie způsobí, že elektron v atomovém obalu přeskočí do vyšší energetické hladiny. Rychle se však vrací zpět do původního stavu a přebytečnou energii vyzáří ve formě viditelného světla, navíc v jasných neonových barvách. Tato vlastnost zvýrazňovačů je výhodná zejména pro čtení textu ve slabším světle, což usnadňuje identifikaci zvýrazněného textu.

Pomocí zvýrazňovače můžete lehce vytvořit i tajemnou svítící kapalinu. Pro efekt rozpusťte trochu zvýrazňovače ve vodě – stačí hrot zvýrazňovače namočit na pár minut do skleničky s vodou. Následně si na kapalinu posviťte UV světlem.

Oleje pod UV světlem

Do skleničky nalijte trochu oleje. Vyzkoušejte běžný slunečnicový nebo řepkový olej a extra panenský olivový olej lisovaný za studena. V temném prostředí posviťte do kapaliny obyčejnou baterkou a následně UV světlem. Budete překvapeni rozdílem!

Fluorescenční reakce slunečnicového oleje na UV světlo vede k nazelenalému efektu. Mohou za to tokoferoly a další sloučeniny přítomné v rostlinných olejích. Olivový olej na rozdíl od slunečnicového obsahuje významné množství chlorofylu, takže jeho fluorescence v UV světle má jiný chemický původ a také vypadá jinak: září červeně. Na atomární úrovni pozorujeme stejný efekt: elektrony atomů luminiscenčně aktivní (=vyzařující) látky absorbují energii z UV světla a následně vyzařují světlo na nižší energetické úrovni, čímž se stane pro lidské oko viditelné.

Fluorescence červeného odstínu je typická pro kvalitní extra panenský olivový olej, protože právě chlorofyl a fenoly jsou indikátory čerstvosti a nízkého stupně rafinace.

Rozmačkané rostliny mění barvu

Ačkoliv je chlorofyl zelený pigment obsažený v rostlinách, sinicích a některých řasách, fluoreskuje červeně, jak jsme se přesvědčili u olivového oleje. Můžete tedy zapátrat i okolo sebe a zkusit ho získat z rostlin, např. lístků a trávy. Zelené rostlinky stačí rozmělnit (nakrájet najemno, utřít v hmoždíři) a zalít etanolem (alkoholem). Doporučujeme nechat rostliny v alkoholu chvíli macerovat a pak kapalinu nasvítit UV světlem. Lépe efekt uvidíte, pokud kapalinu přecedíte, např. přes filtrační papír (kávový filtr).

Kouzlo pracího prášku

Oblečte si bílé tričko, košili, světlé ponožky a zkuste posvítit na své oblečení UV světlem. Některé vzory, bílé plochy najednou začnou zářit. Je to způsobeno chemickým složením použitých látkových barviv.

Většina pracích prášků také obsahuje tyto chemické látky, tzv. optické rozjasňovače, což jsou látky, které mají schopnost absorbovat UV záření a vyzařovat slabě modré světlo. Tím vytváří iluzi bělejší běloby. Podobnými látkami jsou běleny i papíry.

Na množství optických rozjasňovačů ve vašem pracím prášku se můžete podívat tak, že trochu pracího prášku (stačí pár gramů) rozmícháte v menším množstvím vody. Uvidíte malé modře svítící tečky vznášející se v roztoku.

Bonusový tip na závěr

Když vezmete utrhnutou větvičku jírovce maďalu (lidově kaštanu), dáte ji do vody a hned svítíte UV světlem, uvidíte, jak z něj leze svítící šťáva. Míza jírovce obsahuje různé bioaktivní látky, včetně saponinů a flavonoidů, které vykazují schopnost fluorescence. Ta může sloužit k odrazení některých škůdců, nebo ochraně před samotným UV světlem.