Baloni su svima dragi jer se s njima može raditi bezbroj stvari. Ali sigurno postoji nekoliko aktivnosti za koje niste znali da ih možete napraviti. Mi ćemo vam pokazati 5 odličnih eksperimenata s balonima kojima možete impresionirati svoje bližnje, nešto naučiti i odlično se zabaviti.

Sadržaj:

1. Kratka povijest balona
2. Fizikalni principi funkcioniranja balona
3. 1. Kako iskoristiti znanost za napuhati balon
3.1. Potrebni materijali za pokus
3.2. Postupak za primjenu pokusa
3.3. Znanstvena podloga pokusa
4. 2. Možemo li balon staviti na plamen?
4.1. Potrebni materijali za pokus s plamenom
4.2. Postupak primjene pokusa s plamenom
4.3. Znanost iza pokusa stavljanja balona na plamen
5. 3. Balon na pribadačama
5.1. Potrebni materijali za pokus s pribadačama
5.2. Postupak primjene pokusa s pribadačama
5.3. Znanost iza pokusa s pribadačama
6. 4. Balon na štapiću ili “ražnju”
6.1. Potrebni materijali za balon na štapiću
6.2. Postupak pokusa balona na štapiću
6.3. Znanost iza pokusa balona na štapiću
7. 5. Demonstracija centripetalne sile
7.1. Potrebni materijali za demonstraciju centripetalne sile
7.2. Postupak demonstracije centripetalne sile
7.3. Znanost iza pokusa demonstracije centripetalne sile s balonom i novčićem

Kratka povijest balona

Zahvaljujući arheološkim nalazima, danas znamo kako su prvi baloni bili načinjeni od životinjskih iznutrica, posebno od svinjskih mjehura. Isto tako, znamo da su jedne od prvih skulptura balona načinili Asteci. Oni su koristili mačje iznutrice za izradu balona koji su se koristili kao žrtva bogovima.

Prvi balon od gume napravljen je 1824. godine, a napravio ga je profesor Michael Farady. Napravio ga je za potrebe eksperimenata koje je radio vezane za vodik. Balone je opisao kao vrećice od kaučuka koje su vrlo elastične i mogu se širiti ako se u njih upuše zrak, sve dok kaučuk ne postane proziran. Isto tako, opisuje ih tako laganima da će postati lakši od zraka ako se napušu vodikom te će se početi podizati u zrak. Faraday je prve balone izrađivao tako da je uzeo dva lista gume i prilijepio rubove tih listova jedan za drugi. Kako je guma jako ljepljiva, stavio je brašno na središnji dio kako se taj središnji dio listova ne bi zalijepio jedan za drugi. Rubovi bi se spojili čim bi se listovi gume dotakli, zahvaljujući velikoj ljepljivosti gume od kaučuka.

Baloni od lateksa su izumljeni i prvi puta primijenjeni godine 1825. od strane proizvođača gume, Thomasa Hancocka. Vulkanizirani baloni su izbačeni na tržište godine 1847. od strane J.G. Ingrama i to su bili prvi baloni koji nisu bili podložni utjecaju promjenama u temperaturi. Vulkanizirani baloni se smatraju prototipom današnjih balona.

Današnji baloni se izrađuju od različitih materijala, a to su uglavnom guma, lateks, polikloropren i najlon. Isto tako, današnji baloni dolazi u velikom broju oblika, veličina i boja.

Fizikalni principi funkcioniranja balona

Svi znamo da baloni lete. Ili da polako padaju. No jeste li znali da postoji znanstveno objašnjenje za to? Krenimo zato u istraživanje fizikalnih principa koji objašnjavaju zašto baloni “lete”.

Ako napušemo balon s običnim, atmosferskim zrakom, pritisak zraka unutar balona postaje veći nego pritisak zraka izvan balona.

Pritisak zraka je zapravo mjera koja pokazuje koliko se čestica sudara s nekom površinom u isto vrijeme. Budući da je u balonu manje mjesta, čestice se sudaraju sa stijenkom balona puno češće nego čestice koje se nalaze izvan balona. Razlog tome je gustoća. Što je više čestica na istom mjestu (kao u balonu), češće će se sudarati sa stijenkom ili površinom koja ih okružuje.

Da bismo razumjeli zašto baloni “lete”, važno je razumjeti kako pritisak zraka funkcionira. Pritisak zraka unutar balona, i pritisak zraka izvan balona se pokušavaju izjednačiti. Pritisak zraka unutar balona utječe tako da se balon širi, dok pritisak zraka izvan balona utječe da se balon skuplja. Tom logikom mogli bi zaključiti da će se balon pod unutarnjim pritiskom širiti sve dok pritisak izvan i unutar balona ne postane jednak.

No postoji još jedan važan faktor! Baloni posjeduju značajnu karakteristiku – elastičnost. Zbog elastičnosti stijenke balona, zrak unutar njega mora imati vrlo veliki pritisak budući da mora nadvladati i otpor koji balon stvara i pokušava vratiti balon u njegov originalni, ispuhani oblik. Zbog svog tog unutrašnjeg pritiska, napuhani balon je jako lagan i ako upotrijebimo određene plinove poput helija, balon će biti lakši od atmosferskog zraka.

Baš nam i baloni napunjeni helijem mogu odlično demonstrirati ove principe. Balon će se podizati u zrak i kako se diže u visinu, atmosferski pritisak je sve manji i manji. Time zrak unutar balona djeluje sve većom silom, sve do trenutka kada će unutrašnji pritisak postati prevelik i balon će puknuti. Druga stvar koja se može desiti je da helij počne izlaziti kroz stijenke balona i to će rezultirati polaganim padom balona.

Pogledajte video za sve aktivnosti na početku članka ili nastavite čitati postupak za svaku aktivnost posebno ako preferirate tekstualni opis.

1. Kako iskoristiti znanost za napuhati balon

Potrebni materijali za pokus

• Balon
• Ocat (2dL)
• Soda bikarbona (2 žlice)
• Prazna boca (1L ili veća)
• Konac ili špagica
• Lijevak

Postupak za primjenu pokusa

1. U praznu bocu ulijte ocat (2dL je dovoljno, možete i više ali samo ako koristite veću bocu. Inače će vam tekućina ući u balon).
2. Nataknite balon na lijevak i usipajte 2 jušne žlice sode bikarbone (isto tako možete i više, reakcija će biti snažnija, balon će se više napuhati ali postoji opasnost od izlijevanja).
3. Nataknite balon na bocu, podignite ga kako bi se soda bikarbona isipala u ocat i kroz par sekundi balon će biti napuhan!
4. Svežite balon pomoću konca/trake/špagice i balon je spreman za igru!

Znanstvena podloga pokusa

Kada pomiješamo sodu bikarbonu (natrijev bikarbonat) i ocat (octenu kiselinu) dolazi do snažne reakcije pri čemu se molekule preslaguju i nastaje natrijev acetat i ugljična kiselina. Kako jeugljična kiselina vrlo nestabilna, ubrzo se počne razgrađivati pri čemu nastaje ugljični dioksid. Kako je ugljični dioksid plin, a plinovi zauzimaju više prostora, širenjem ulazi u balon (jer nema kuda drugdje) i balon se napuše.

2. Možemo li balon staviti na plamen?

Potrebni materijali za pokus s plamenom

• Balon
• Svijeća
• Šibice/upaljač
• Voda

Postupak primjene pokusa s plamenom

1. Nataknite balon na slavinu i pustite da se napuni vodom (oko 2dL) i dodatno ga napušite i svežite. Ili balon prvo napušete, nataknete ga na bocu u kojoj je voda i izlijete vodu iz boce u balon.
2. Upalite svijeću i stavite balon iznad nje. Balon neće puknuti. Ako pokušate bez vode, ili na dijelu gdje nema vode, balon će istog trena puknuti.

Znanost iza pokusa stavljanja balona na plamen

Voda je odlična materija za upijanje topline. Kada stavimo balon iznad plamena, voda lako preuzima svu toplinu kroz tanki sloj balona. Kako je topla voda lakša od hladne, ona se podiže na površinu i hladnija voda preuzima toplinu iz plamena. To se ponavlja sve dok sva voda unutar balona ne dosegne kapacitet upijanja topline koji je potreban da se tanki sloj balona spali. Ako držimo predugo balon iznad plamena, on će puknuti kada se voda previše zagrije.Jedan od dobrih životnih primjera je znojenje. Znojenje je obrambena reakcija našeg organizma koja sprječava pregrijavanje. Koliko znojenje bilo iritantno, sjetite se sljedeći put da biste se bez njega čak mogli i zapaliti od pregrijavanja!

3. Balon na pribadačama

Potrebni materijali za pokus s pribadačama

• Balon
• Pribadače (čavlići)
• Konac ili vuna

Postupak primjene pokusa s pribadačama

1. Napušite balon i svežite ga. 
2. Ako stavite napuhani balon na čavlić, vidjet ćete kako će odmah puknuti. Ali ako ga stavite na više čavlića (na špiceve), moći će izdržati veliki pritisak a da ne pukne.

Znanost iza pokusa s pribadačama

Ovaj pokus je odličan za demonstraciju principa iz mehanike. Kada stavimo balon na jednu pribadaču (čavlić), sav pritisak je koncentriran na jednu točku (točku dodira čavlića i balona) i čavlić s lakoćom probija tanku ovojnicu balona. Ali ako stavimo balon na više čavlića, pritisak je raspoređen na puno veću površinu i balon može podnijeti puno veću silu prije nego što dođe do pucanja.

4. Balon na štapiću ili “ražnju”

Potrebni materijali za balon na štapiću

• Balon
• Deterdžent za suđe
• Štapić za ražnjiće
• Konac ili vuna

Postupak pokusa balona na štapiću

1. Napušite balon i svežite ga.
2. Uzmite štapić za ražnjiće i probajte ga probosti. Balon će puknuti. Ali ako štapić prvo uronite u deterdžent za suđe (i malo razmažete deterdžent da obuhvaća čitavu površinu štapića) i probodete na određenom mjestu, balon će ostati čitav. 
3. Neka štapić uđe u balon na dnu (kraj otvora za puhanje) i neka izađe na samom vrhu balona. Vidjet ćete da će balon ostati čitav i neće puknuti.

Znanost iza pokusa balona na štapiću

Cilj u ovom eksperimentu je probosti balon na mjestima gdje je on najmanje napet. Balon je načinjen od gume, koju na mikroskopskoj razini čine molekule polimera povezanih u lance. Polimeri su elastični i zato se guma može širiti i skupljati. Kada pušemo balon, lanci polimera se šire pod pritiskom zraka koji sada traži dodatni prostor unutar balona. 

Kada pogledamo napuhani balon, vidimo da je on na nekim dijelovima tamniji (naročito na dnu i vrhu). To nam pokazuje da su na tim dijelovima lanci polimera najmanje rastegnuti, odnosno, pod najmanjim opterećenjem. Ako probodemo balon na mjestu gdje su molekule polimera dovoljno guste (na dnu i vrhu) one će se samo razdvojiti i neće doći do pucanja.

5. Demonstracija centripetalne sile

Potrebni materijali za demonstraciju centripetalne sile

• Balon
• Novčić
• Konac ili vuna

Postupak demonstracije centripetalne sile

1. Rastegnite malo prstima utor za puhanje balona i ugurajte novčić u njega. Novčić ne mora ući do kraja, Puhanjem balona će sam skliznuti u njega.
2. Napušite balon i svežite ga.
3. Pomičite balon kružnim pokretima ruke dok novčić u njemu ne uhvati momentum i počne se kretati.
4. Prestanite pomicati balon. Novčić u balonu će se nastaviti i dalje kretati još dugo, dugo… 

Oprez: Ova aktivnost izaziva ovisnost i teško je stati! 😄

Znanost iza pokusa demonstracije centripetalne sile s balonom i novčićem

Kako bismo bilo što pokrenuli, pa tako novčić unutar balona, potrebno je primijeniti neku energiju. Kada zavrtimo balon, primijenili smo energiju koja je pokrenula novčić. Budući da je balon okruglog oblika i zatvoren je, novčić se kreće u krug po površini balona (inače bi nastavio ići ravno da može). Kako su površina novčića i balona jako glatke, stvara se jako mali otpor i zato se novčić nastavlja jako dugo vrtjeti bez primjene dodatne sile (energije). Kako balon i novčić nisu savršeno glatki, ipak postoji određeni otpor koji s vremenom usporava novčić. Uz to, novčić usporavanjem pravi sve niže i niže krugove zbog utjecaja gravitacije koja sve stvari privlači prema dolje.

Kretanje novčića u krug je zapravo demonstracija centripetalne sile. Prirodno stanje predmeta je da se kreću ravno ali djelovanjem centripetalne sile predmeti se kreću po kružnici. Najbolji primjer za to je rotacija planeta oko sunca, gdje sunčeva gravitacija uzrokuje centripetalnu silu i omogućuje planetima da se okreću u krug oko sunca. 

U našem slučaju s novčićem, otpor između površine balona i novčića uzrokuje centripetalnu silu koja omogućuje da se novčić vrti po površini balona a ne da nasumično skače unutar prostora.

Nadamo se da ste uživali u ovim zabavnim aktivnostima s balonima. Ako ste u potrazi za još nekoliko STEM aktivnosti koje će klinci obožavati, pogledajte kako demonstrirati osmozu pomoću gumenih bombona. Ili ako vas zanima kako podići vodu koristeći svijeću, pogledajte eksperiment sa svijećom u vakuumu. A za još sličnih pokusa, svakako bismo preporučili demonstraciju loma svjetlosti i izradu pokusa “rasplesane žitarice”. A ako imate višak balona koje biste još iskoristili, svakako pogledajte kako demonstrirati pritisak zraka pomoću balona i kako napraviti antistres lopticu od balona i brašna. Sretno učenje!

Pribilježite se na Newsletter

Pogledajte ostale aktivnosti iz kategorija…