Метотична розробка позаурочного заходу "Фізика на кухні"

  Комунальний заклад  «Чернігівський професійний будівельний ліцей» Чернігівської обласної ради

Методична розробка за темою

«Фізика на кухні»

Підготувала і провела:

викладач фізики ЧПБЛ

Івашута С.М.

Наша кухня… Це те місце, де можна спостерігати прояв різних фізичних явищ та законів. Тож запрошую вас у захопливу подорож, де звичайна каструля перетворюється на фізичну лабораторію, а приготування обіду — на серію дивовижних експериментів. Кожен рух на кухні підпорядкований суворим, але цікавим законам природи. Пропоную поглянути на знайомі речі крізь призму науки.

Механічні явища.

Рух тіла по колу.

     Кухонний комбайн, блендер, міксер - незамінні помічники на кухні. Ними користуються для змішування потрібних інгредієнтів. Частота обертання лопатей у таких приладах може бути різною. Наприклад, для м’яких фруктів та овочів потрібна низька частота обертання ріжучих елементів, а подрібнення льоду вимагає високих частот обертання ріжучих елементів.

Інерція.

   Як відрізнити сире яйце від вареного, не розбиваючи? Якщо варене яйце покласти на стіл та розкрутити, воно обертатиметься. А от коли ви спробуєте зробити те саме з сирим яйцем, воно обертатиметься повільніше і під час руху може навіть змінювати своє положення відносно поверхні. Справа в тому, що варене яйце обертається як суцільне тіло, а сире – як тіло, що складається з частин: зовнішньої (шкаралупи-оболонки) та внутрішньої (білка й жовтка). Коли оболонка вже починає рухатися, внутрішня частина яйця ще не встигає набрати потрібної швидкості, адже їй просто забракло на це часу. Саме тому внутрішня частина яйця гальмує рух твердої оболонки. Якщо до вареного яйця під час обертання торкнутися пальцем, воно зупиниться і залишатиметься нерухомим. Сире ж яйце після дотику продовжить рухатися. Це також можна пояснити з точки зору інерції. Під час дотику зупиняється лише тверда оболонка, а внутрішня частина продовжує рух.

Густина речовини.

      Для приготування страв часто використовують сипучі продукти, наприклад, борошно, цукор, сіль, спеції,а також воду. Зазвичай у рецептах їх кількість визначається масою. Але треба пам’ятати, що продукти з однаковим об’ємом можуть мати різну масу, так як мають різну густину. Тому часто для вимірювання рідин і сипких сумішей мірні стакани або мірні чаші. На такому посуді нанесені шкали із зазначенням інгредієнту та об’єму, що відповідає певній масі з урахуванням густини.

    Різні рідини теж мають різну густину. Цим можна скористатися для приготування шаруватих коктейлів. Під час приготування шаруватих коктейлів напої розташовуються в склянці залежно від своєї густини.

Тиск.

     Чому ножі з часом стають «тупими»? Під час різання відбувається тертя між ножем і продуктами, що призводить до збільшення площі контактної частини леза. А це своєю чергою спричиняє зменшення тиску. Тож потрібно прикладати більшу силу. Щоб зменшити силу прикладання, ніж заточують. Таким чином площа контактної частини леза зменшується – ніж знову стає гострим.

    Завдяки тиску, який створює водяний пар, ми дізнаємося, що вода в чайнику закипіла. Коли ставите на плиту, вода всередині починає нагріватися аж до кипіння. Пара, яка при цьому утворюється, починає виходити через отвори у чайнику. Вона створює та вібрації, які спричиняють звукові коливання в повітрі навколо чайника, що і призводить до свисту. Цей свист дозволяє нам зрозуміти, що чайник вже потрібно прибирати з плити. А от електрочайники вимикаються автоматично завдяки біметалевій пластині. Вона реагує саме на температуру пару, а не на тиск, який ним створюється.

      Коли відкорковуємо пляшку з газовими напоями, ми також маємо справу з тиском газів. Адже у газованих напоях – розчинений вуглекислий газ (CO₂). Поки пляшка недоторкана, газ розчиняється у рідині та створює певний тиск. За відкорковування виникає перепад тиску між атмосферним тиском навколишнього середовища і тиском води у пляшці або контейнері. Це призводить до того, що вуглекислий газ починає виходити з напою, утворюючи бульбашки. Вони піднімаються водою, і напій починає виливатися. У газованих напоях, що довго стоять у теплому приміщенні,збільшується тиск. Пляшка може не витримати збільшення тиску, створеного парами всередині. І тоді може лопнути. Посмакувати газованим напоєм можна і через трубочку. І тут знову без атмосферного тиску не минеться. Через трубочку, занурену у напій, ми спочатку втягуємо повітря. Тиск у ній стає меншим порівняно з довколишнім. Під дією атмосферного тиску рідина починає переміщатися в область зі зниженим тиском, тобто у трубочку, а потім потрапляє у наш рот.

Важіль.

Прес для часнику, ножиці для різання овочів, горіхоколи, прес для фруктів  – робота цих приладів заснована на принципі дії важеля. За прикладення відносно невеликої сили до краю ручок, всередині пристрою створюється достатня сила. На кухні ви також можете скористатися ножицями для різання овочів чи піци та іншого. Їх робота також заснована на принципі дії важеля.

Теплові явища

Пароутворення і конденсація.

      Пароутворення - процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний. Може відбуватися в результаті випаровування і кипіння рідини.

      Кипіння води - фізичний процес, який став буденним і звичним для кожного з нас. Температура рідини після початку кипіння не змінюється. Не розраховуйте зварити обід швидше, якщо підсилите нагрів каструлі. Вода починає кипіти при температурі 100 ° С, і залишається незмінною. Якщо каструля закрита кришкою - вода закипає швидше. Закривають чайник і каструлю при кипінні не випадково. При відкритій кришці частина молекул, що мають велику кінетичну енергію, буде летіти, несучи енергію, тому вода швидше закипить, якщо кришку закрити.

           Як відомо, температура кипіння води залежить від тиску. Якщо тиск нормальний (760 мм. рт. ст.), вода закипає при 100°С. При підвищенні тиску підвищується і температура кипіння води, тому продукти готуються швидше. Ця властивість використовується у скороварці. Щоб підтримувати в скороварці високий тиск, кришка повинна бути герметичною. Для цього по її краю прокладено гумовий ущільнювач. А щоб скидати надлишок тиску під час роботи, на кришці передбачені два клапана. Один аварійний (запасний), спрацьовує в екстреній ситуації, інший - робочий. Через нього випускають пар в процесі приготування продуктів і перед тим, як відкрити кришку скороварки.

       Випаровування - це ще один процес, який можна виявити на кухні. Швидкість випаровування рідини залежить від роду рідини, площі її вільної поверхні, температури, швидкості видалення парів, наявності вітру. У двох однакових тарілках порівну налиті жирний і пісний борщ. Який борщ швидше охолоне? Звичайно пісний борщ. У нього менша густина і тим швидше відбувається випаровування, що призводить до зниження температури. Бажаєте швидко остудити борщ – насипайте його у широку тарілку.

       Під час консервування, кожна господиня звертала увагу, що стерилізуючи банку над водяною парою, у ній відразу з'являється туман, який стрімко піднімається нагору. Потім можна помітити як по стінках починають стікати крапельки води. Це прояв конденсації. Що ж відбувається? Вода при нагріванні переходить з рідкого стану в газоподібний (водяна пара). Тепле повітря всередині банки наповнюється водяною парою і, піднімаючись вгору, починає охолоджуватися, а  водяна пара що міститься в ньому починає конденсуватися, утворюючи хмару. Крапельки води збільшуються, збираючись разом, і починають стікати по стінках банки.

Теплопередача та її види.

    Практично в усіх технологічних процесах приготування їжі відбувається теплопередача від одного продукту до іншого, від плити до каструлі чи сковорідки. У процесі нагрівання братимуть участь всі три види теплопередачі: від вогню до посудини – випромінювання, крізь стінки посудини до води – теплопровідність, а сама вода прогрівається шляхом конвекції. З конвекцією ми стикаємося постійно, помішувати ми ложкою суп або чай, або відкриваємо вікно, або включаємо вентиляцію для провітрювання кухні. Розрізняють природну конвекцію і примусову. У першому випадку шари рідини або повітря самі перемішуються при нагріванні або охолодженні. А в другому випадку - відбувається механічне перемішування рідини або газу - ложкою, вентилятором або іншим способом.

 Часто під час теплової обробки продукту необхідно підтримувати високу температуру, тому на кухні використовують метали з великою теплопровідністю. Якщо виникає необхідність захистити тіло від охолодження чи нагрівання, то використовують речовини з малою теплопровідністю. Ручки каструль, сковорідок виготовляють з пластмаси.

Молекулярні явища

 Дифузія.

            З цим явищем на кухні ми стикаємося постійно. Це процес взаємного проникнення молекул однієї речовини між молекули іншої  речовини. Швидкість дифузії залежить від температури, агрегатного стану та концентрації речовини.

        Приємний запах від полуниці, різкий запах часнику і цибулі, запах іншої їжі ми відчуваємо завдяки дифузії. Як відомо, природний газ не має запаху, і до нього домішують добавку, щоб легше було виявити витік побутового газу. Якщо з першого разу конфорка не зайнялася, то ми можемо відчувати специфічний запах, який з дитинства ми знаємо, як запах побутового газу.

    Якщо кинути в окріп крупинки чаю або заварний пакетик і не розмішувати, то можна побачити, як поширюється чайний настій в чистій воді. Це дифузія рідин. Прикладом дифузії в твердому тілі може бути засолювання помідорів, огірків, грибів або капусти. Невеликі проколи на поверхні овочів  або ж засолювання теплою водою скорочує час соління до декількох годин.

      Дифузія може протікати лише в одному напрямку. Осмос - процес односторонньої дифузії через напівпроникну мембрану молекул розчинника у бік більшої концентрації розчиненої речовини. У побуті осмос потрібен для опріснення чи фільтрації води. Для очистки питної води у побуті часто користуються фільтрами зворотного осмосу. Через фільтр проходять молекули води, але затримується більша частина хімічних домішок, мікроорганізми та віруси.

   Чому коли миєш посуд, рідину потрібно брати на губку, а не на посуд ? Все просто, з тарілки рідина змивається зразу, а на губці через дифузію, проникає в пори губки і вистачає на довго. Тому економте гроші і бережіть екологію.

Поверхневий натяг.

   Це явище можна спостерігати в друшляку - після використання в дірочках дна залишається вода. Таке ж явище можна спостерігати після мийки вилок - на внутрішній поверхні між деякими зубами також є смужки води. При варінні бульйону поверхневий натяг допомагає збирати жир у великі плями на поверхні.

Також сили поверхневого натягу помітні, коли ми будемо сипати в каструлю з водою крупу або горох, боби, або додавати круглі крупинки перцю. Деякі зерна залишаться на поверхні води, тоді як більшість під вагою інших опустяться на дно. Якщо рукою або ложкою злегка натиснути на плаваючі крупинки, то вони подолають силу поверхневого натягу води і опустяться на дно.

Електромагнітне випромінювання.

   Мікрохвильовку іноді називають надвисокочастотної піччю, або СВЧ-піччю. Основний елемент кожної мікрохвильовки - магнетрон, який перетворює електричну енергію в надвисокочастотне електромагнітне випромінювання частотою до 2,45 ГГц.

За таким же принципом працює і сучасна індукційна плита. Під склокерамічною нагрівальної панеллю (нейтральна до електромагнітних коливань) такої плити знаходиться індукційна котушка, по якій тече електрострум з частотою 20-60 кГц, створюючи змінне магнітне поле, наводить вихрові струми в тонкому шарі (скін-шарі) дна металевого посуду. Ці струми не більше небезпечні, ніж розпечений посуд на звичайних плитах. Посуд має бути сталевий або чавунний, що володіє феромагнітними властивостями (притягувати магніт).

     Наостанок варто пам’ятати, що найголовнішим фізичним об’єктом на кухні є сама людина. Всі ці прилади — від мікрохвильовки до індукційної плити — створені лише з однією метою: вивільнити ваш час для творчості та спілкування. Кухня — це чи не єдине місце в домі, де фундаментальна наука  зустрічається з домашнім затишком .