Урок з фізики із професійним спрямуванням "Дива кулінарії та закони фізики"

КОМУНАЛЬНИЙ ЗАКЛАД ОСВІТИ

«ВАСИЛЬКІВСЬКЕ ПРОФЕСІЙНО-ТЕХНІЧНЕ УЧИЛИЩЕ»

ДНІПРОПЕТРОВСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ РАДИ

Підготувала викладач фізики і астрономії:

Ольга КОВТОНЮК

с. Шев’якине

Мета:

Навчальна: з'ясувати, як досліджувані на уроках фізичні закони проявляються в роботі сучасних кухонних приладів та в різних технологічних процесах приготування їжі; Визначити які фізичні процеси та явища можна зустріти на кухні. Сформулювати рекомендації  з безпечного використання електротехніки на кухні.

Розвивальна: розвивати логічне мислення шляхом встановлення зв’язку технологічних процесів приготування страв з явищами та законами фізики; розширити політехнічний кругозір учнів шляхом демонстрації зв’язку професії «Кухар» із фізикою.

Виховна:  виховувати переконаність у необхідності поглиблювати знання про природу фізичних явищ та фізичних законів з метою їх практичного застосування.

Тип уроку: комбінований.

Вид уроку: конференція.

Міжпредметні зв’язки: фізика, інформатика, спецпредмети з професії «Кухар».

Обладнання: ноутбук, презентація, відеоматеріали, демонстрації, дошка Padlet, інтернет-ресурси.

Структура уроку

1. Організаційна частина ( 1 хв)
2. Перевірка домашнього завдання та актуалізація опорних знань ( 5 хв)
3. Мотивація навчальної діяльності здобувачів освіти та цілепокладання (5 хв)
4. Узагальнення та систематизація знань учнів (15 хв)
5. Закріплення знань (5  хв)
6. Рефлексія (4 хв)
7. Підсумки уроку (4 хв)
8. Повідомлення домашнього завдання (1 хв)
9. ХІД  УРОКУ

І. Організаційний момент. Привітання. Емоційне налаштування на роботу. Викладач повідомляє тему та мету уроку.

ІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності.  

Кухар - чарівник, який може з звичайнісіньких продуктів приготувати страву, ім'я якому - шедевр смаку.
Навіщо йому потрібна фізика?

Світ фізичних явищ надзвичайно різноманітний. Фізика має феноменальну  властивість. Вивчаючи найпростіші правила, можна вивести загальні закони. Прекрасним місцем  для спостереження фізичних явищ і проведення фізичних експериментів  є звичайнісінька  кухня.

 У цьому місці відбувається безліч явищ : світлові, теплові, електричні, електромагнітні та інші. У сучасному світі значення фізики надзвичайно велике, адже вона лежить в основі природознавства, а значить і всього життя. Фізика має незвичайну властивість: природа, побут, техніка і все, що нас оточує, підпорядковане єдиним законам походження і розвитку - законам фізики. Вивчаючи найпростіші явища можна вивести загальні закони. Багато фізичних закономірностей можна отримати з власних спостережень.

Для пересічної людини приготування їжі – це кинути в каструлю купу інгредієнтів і чекати на їжу. Однак між кулінарією та фізикою існує взаємозв’язок.

Сьогодні ми розглянемо, як фізика використовується в кулінарії. 

Подорож в чудову країну фізики, країну відкриттів і винаходів можна здійснити, не виходячи з дому. Наш будинок - справжня фізична лабораторія, в якій людина є активним спостерігачем, здатним хоча б наближено пояснити спостережувані їм фізичні явища.

Чудове місце для цього - звичайнісінька кухня! Саме тут ми змішуємо, нагріваємо, охолоджуємо, заморожуємо, розморожуємо.

Пояснимо найпоширеніші процеси і явища, що відбуваються на кухні з точки зору фізики.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Здобувачі освіти переходять за QR-кодом на слайді і виконують тестове завдання на смартфоні.

ІV. Узагальнення та систематизація знань.

Чому я обрала саме цю тему?

Сучасна кухня – це сукупність електричних побутових приладів.

Очевидно,що ніяку іншу кімнату вдома не можна порівняти  з нею по кількості одиниць побутової техніки на квадратний метр.

Людину оточують чайники,холодильники, телевізори, мікрохвильові печі, одним словом , продукти цивілізації,без яких людина не уявляє свого існування, від використання яких вона не може відмовитися, навіть, якщо мова йтиме про власне здоров’я.

Випромінювання, яке випромінюють  кухонні побутові прилади, негативно впливає на організм людини, що викликає різні захворювання.

В інтересах будь – якої людини – знати та дотримуватися деяких елементарних правил використання  домашньої електротехніки.

Людина сама собі зможе забезпечити захист, якщо вона буде володіти необхідною інформацією. Ми розглянемо деякі рекомендації з безпечного використання кухонної побутової техніки.

Також розглянемо які фізичні процеси ми використовуємо на кухні.

Теплові явища на кухні.

Для початку, що ж таке теплові явища? Теплові явища - це явища, пов'язані з нагріванням або охолодженням тіл, зі зміною температури. До таких явищ належать, наприклад, нагрівання та охолодження води в ємності, танення льоду і ін. Отже, які ж теплові явища ми зустрічаємо на кухні? Випаровування, кипіння, конвекція, теплопровідність, зміна агрегатного стану речовин - все це теплові явища.

Теплопередача

Теплопередача - процес зміни внутрішньої енергії без здійснення роботи над тілом або самим тілом.

Наприклад, для приготування соковитого біфштексу, необхідно покласти м'ясо на розігріту сковороду. Чому саме так?

М'ясо для приготування других страв повинно містити мало вологи, звідси випливає, що м'ясо має бути охолодженим, мати кімнатну температуру. Починати смажити м'ясо слід на дуже гарячій сковороді з невеликою кількістю жиру або олії. Щоб соки залишилися всередині, поверхневий натяг рідини треба збільшити.

Сіль зменшує поверхневий натяг, а цукор збільшує.

М'ясо солити не рекомендується, а можна обсипати цукровою пудрою. При зіткненні з гарячою сковородою (або гарячою олією) цукрова пудра карамелізується, утворюючи золотисто - коричневу красиву скоринку. Тепер сік не вийде на сковороду.

Гаряча олія (якщо не додавати цукрової пудри) буде закупорювати отвори в м'ясі (холодна олія дозволить вийти сокам). Поверхня м'яса, торкаючись гарячої сковороди, нагрівається сильніше, ніж внутрішні шари. Тепловий обмін мимоволі завжди протікає від гарячого тіла до холодного (другий закон термодинаміки), отже, соки будуть переміщатися в центр шматка м'яса і залишаться всередині біфштексу. Солити біфштекс необхідно незадовго до готовності страви.

Пароутворення

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

Випаровування — це процес пароутворення з вільної поверхні рідини

Кипіння — це процес пароутворення, який

відбувається в усьому об’ємі рідини

Щодня ми спостерігаємо поширений фізичний процес, що відбувається при приготуванні їжі - кипіння води.

Енергія кипіння води широко використовується людиною в побуті. Даний процес став настільки буденним і звичним, що ніхто не замислюється про його природу та особливості.

Показ демонстрації «Кипіння води».

Пояснення:

Кипі́ння — швидке випаровування рідини, яке виникає при нагріванні рідини до точки кипіння. Кипіння можливе не тільки під час нагрівання рідини в умовах постійного тиску. Зниженням зовнішнього тиску при постійній температурі можна викликати перегрів рідини та її закипання.

Процес пароутворення в рідині (перехід речовини з рідкого в газоподібний стан), з виникненням межі поділу фаз при утворенні та зростанні в рідкій фазі бульбашок насиченої пари, всередину яких відбувається випар рідини)

Дифузія на кухні

Дифузія - процес взаємного проникнення молекул або атомів однієї речовини поміж молекул або атомів іншої, обумовлене тепловим рухом атомів, молекул, йонів та інших частинок.

Всі процеси, що відбуваються на кухні підкоряються законам дифузії. Проникнення молекул газів, складових повітря, у воду і подальша дифузія їх по всьому об'єму води - це розчинення повітря у воді. Процес заварювання чаю, і розчинення в ньому цукру, маринування овочів - це теж приклади дифузії. Приємний запах від полуниці, різкий запах часнику і цибулі, запах іншої їжі ми відчуваємо теж завдяки дифузії.

На кухні можна часто спостерігати явище дифузії. Завдяки йому, сидячи в іншій кімнаті, можна зрозуміти, що готується на кухні.

Показ демонстрації «Дифузія в рідинах».

Конденсація

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.

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.

Теплопровідність матеріалів або Який посуд ми вибираємо?

Відомо, що у кожної господині на кухні є свої улюблені ножі, каструлі, сковорідки. Чому одна сковорода для неї стає улюбленою, а іншою вона вже не користувалася давним-давно.

Чи є цьому якесь фізичне пояснення? Виявляється, вся справа в фізичному понятті - теплопровідність.

Теплопровідність - явище передачі внутрішньої енергії від однієї частини тіла до іншої або від одного тіла до іншого при їх безпосередньому контакті  через рух частинок, коли є різниця температури.

Теплопровідність і її регулювання важливі в процесі приготування їжі. Часто під час теплової обробки продукту необхідно підтримувати високу температуру, тому на кухні використовують метали з великою теплопровідністю.

Метали, які дуже добре проводять тепло - мідь і алюміній. Мідь більш теплопровідна, але і коштує дорожче. З обох металів роблять каструлі, але деяка їжа, особливо кисла, реагує з цими металами, і в їжі з'являється металевий присмак. За такими каструлями, особливо за мідними, необхідний ретельний догляд, тому на кухні частіше використовують більш дешеві та зручні в обігу і догляду каструлі з нержавіючої сталі.

Іноді буває необхідно зменшити теплопровідність - в цьому випадку використовують каструлі з матеріалів з  низькою теплопровідністю, або готують способами, при яких їжі передається менша кількість тепла.

Приготування страв на водяній бані - один із прикладів зменшення теплопровідності. Зазвичай в каструлю на вогні наливають воду, в яку ставлять другу каструлю з їжею. Температура тут регулюється завдяки більш низькій теплопровідності води і внаслідок того, що температура нагрівання внутрішньої каструлі не перевищує температури кипіння води, тобто 100 ° C.

Чавун. Другим за величиною теплопровідності є чавун. Завдяки масивності посуду з чавуну тепло розподіляється більш-менш рівномірно і довго зберігається. Тому чавунці гарні для страв, які вимагають тривалого приготування.

До них нічого не прилипає і вони довго зберігають тепло. Однак, зберігати готову їжу в чавунному посуді не рекомендується, тому що від контакту з деякими видами продуктів вона іржавіє. З цієї ж причини чавунний посуд вимагає спеціального догляду. Його необхідно ретельно сушити після миття, прожарювати час від часу і змащувати рослинною олією. Ще одним мінусом чавуну є його крихкість. Незважаючи на свою масивність, чавун може розколотися від удару. У той же час, це найдовговічніший посуд - вогнетривкий, зносостійкий, підходить для плит і для використання в духовці.

Конвекція

Конвекція - це вид теплопередачі, при якому внутрішня енергія передається струменями і потоками.

Розглянемо застосування конвекції на кухні. Коли ми готуємо їжу на плиті, то рідина з холодної перетворюється в теплу. Чому так відбувається? Вся справа в тому, що тут проявляється явище конвекція. Рідина при конвекції нагрівається знизу вгору. Нагріті шари рідини - менш щільні і тому більш легкі. Холодні шари рідини, опустившись вниз, в свою чергу, нагріваються від джерела тепла і знову витісняються менш нагрітою водою. Завдяки такому руху вся рідина рівномірно прогрівається.

З явищем конвекції пов'язані процес охолодження продуктів в холодильнику. Газ фреон, який циркулює по трубках холодильника, охолоджує повітря у верхній частині холодильної камери. Холодне повітря, опускаючись, охолоджує продукти, а потім знову піднімається вгору. Решітка ззаду холодильника призначається для відведення тепла, що утворюється при стисканні газу в компресорі. Механізм її охолодження також конвективний, тому треба залишати простір за холодильником вільним для конвективних потоків.

Все частіше явище конвекції реалізується в сучасних побутових приладах, зокрема в духових шафах. Духова шафа з конвекцією дозволяє готувати різні страви одночасно на окремих рівнях при різній температурі. При цьому повністю виключається змішання смаків і запахів.

Поверхневий натяг.

Багато хто пам'ятає досліди з плівками рідин, які показували на уроках фізики в школі. Невелику дротяну рамку з однією рухомою стороною опускали в мильну воду, а потім витягали. Сили поверхневого натягу в утворилася по периметру плівці піднімали нижню рухому частину рамки. Щоб зберегти її нерухомою, до неї підвішували тягар при повторному проведенні досліду. Це явище можна спостерігати в друшляку - після використання в дірочках цього кухонного посуду залишається вода. Таке ж явище можна спостерігати після миття виделок - на внутрішній поверхні між деякими зубами також є смужки води.

Фізика рідин пояснює це явище так: молекули рідини настільки близькі один до одного, що сили притягання між ними створюють поверхневий натяг в площині вільної поверхні. Якщо сила притягання молекул плівки рідини слабші сили притягання до поверхні друшляка, то водяна плівка розривається.

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 опустяться на дно. Якщо ложкою злегка натиснути на плаваючі крупинки, то вони подолають силу поверхневого натягу води і опустяться на дно.

Демонстрація «Поверхневий натяг на прикладі з водою»

Прояв закону Архімеда

Занурюючи тушку курки в каструлю з водою, можна помітити, що вага курки в воді помітно зменшується, а вода піднімається до країв каструлі. Це явище пояснюється виштовхувальною  силою або законом Архімеда.

У цьому випадку на тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила, рівна вазі рідини в об'ємі зануреної частини тіла.

Скороварка - принцип її дії заснований на законах фізики.

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. 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.

Електромагнітне випромінювання

  Електромагнітне випромінювання – це електромагнітне поле, що поширюється в просторі  з кінцевою швидкістю (приблизно 300 000 км за 1 с).

Електромагнітне випромінювання поширюється від космічних тіл і Землі,виникає  під час електричних розрядів у атмосфері, при взаємодії магнітного поля Землі з йонізованими шарами атмосфери  та ін.

Природний електромагнітний фон Землі – це слабкі електромагнітні коливання,що сприятливо впливають на людський організим.

  Електромагнітне випромінювання  не можна відчути, але воно чинить негативний  вплив на організм людини.

Вплив електромагнітного випромінювання на організм людини проявляється не відразу.

Біологічний ефект електромагнітного випромінювання в умовах довгої  багаторічної дії накопичується.

Джерелом електромагнітного поля в житлових приміщеннях є різноманітна електротехніка - холодильники, праски, пилососи, мікрохвильовки (СВЧ-піч), електропечі, телевізори, комп'ютери та інші, а також електропроводка квартири. На електромагнітну обстановку квартири впливають електротехнічне обладнання будівлі, трансформатори, кабельні лінії.  Електричне поле в житлових будинках знаходиться в межах 1-10 В / м. Однак можуть зустрітися точки підвищеного рівня, наприклад, незаземлений монітор комп'ютера

Кухарі та шеф-кухарі використовують фізику на кухнях по всьому світу, і люди запропонували безліч назв для позначення науки про кухню. Деякі з них включають молекулярну гастрономію, кулінарну науку, науку про кухню. Проте вчені зупинилися на гастрофізиці.

Гастрофізика – це назва, яка була відкинута різними галузями науки, оскільки вона може змусити людей задуматися про проблеми зі шлунком, і люди будуть менш схильні відвідувати лекції та купувати книги. Однак, гастрофізика повинна належати до гастрономії так само, як астрофізика до астрономії. Отже, сьогодні гастрофізика – це наука про кухню.

Згідно з гастрофізикою, призведе до різноманітних переваг, серед яких:

• Покращення дієти для зниження рівня цукрового діабету
• Покращення загального стану здоров’я
• Покращення соціальної згуртованості через спільну сімейну діяльність
• В цілому, гастрофізика призведе до створення більш науково грамотного суспільства. Все це можливо, якщо ми почнемо замислюватися про включення фізики в те, як ми готуємо їжу.

Кухар повинен вміти варити, смажити, випікати, знати правила використання кухарського обладнання, правила механічної кулінарної обробки продуктів. А це потребує знань фізичних процесів і законів.

Загальні рекомендації

1) При придбанні побутової техніки перевіряйте  чи відповідає вона вимогам санітарних норм.

2)Читайте уважно інструкцію до приладів, там має бути вказана безпечна відстань.

3) Випромінювання створює навіть непрацюючий , але ввімкнений в розетку прилад, не лінуйтеся повністю відключати електроприлади  — в режимі очікування вони також несуть електромагнітну небезпеку.

4)Чим менша потужність побутового приладу,тим він більш безпечний для здоров’я людини. 

5)Для телевізора, мікровхвильвки краще вибрати зовнішній кут приміщення (тобто той,де за стіною вулиця або ж площадка під’їзду),щоб вони не створювали фон, який поширюється на сусідню кімнату.

6)Якщо ви змушені вмикати декілька приладів ,які випромінюють електромагнітні хвилі, то постарайтеся менше знаходитися в цьому приміщенні.

7)Електричні проводи не повинні знаходитися під час роботи ,скрученими в кільця,потрібно розпрямляти петлі,що утворилися.

●Старайтеся вчасно позбавлятися від старої техніки – рівень її електромагнітного випромінювання набагато більший, ніж у сучасних побутових приладів.

ПАМ’ЯТАЙТЕ!

Висновок

Фізика – це наука, яка є частиною повсякденного життя, навіть коли мова йде про те, як ми готуємо їжу. Сучасна фізика полегшує роботу в різних сферах нашого життя. Я сподіваюся, що ви дізналися пару хитрощів про те, як фізика використовується в кулінарії та зрозуміли як повязані дива кулінарії та закони фізики.

В роботі кухонних приладів і пристосувань використані теплові , механічні явища, закони, вивчені нами на уроках фізики. Добрі знання цих законів дає можливість вибрати для своєї кухні найкраще з того, що пропонується в магазинах.  Фізика є не тільки основою техніки, але оточує нас в повсякденному житті. Її закони працюють всюди, в тому числі на кухні.

V. Закріплення знань

Здобувачі освіти виконують тестове завдання за QR-кодом, яке розміщено на дошці Padlet.

VІ. Підведення підсумків уроку

1.Викладач оцінює роботу здобувачів освіти на уроці.

2.Викладач пропонує здобувачам освіти  закінчити речення:

На уроці я дізнався...

Я навчився…

Мені сподобалося…

В майбутньому мені це знадобиться…

Я знаю, що…

VIІ. Домашнє завдання

1. Підготувати доповідь «Молекулярна гастрономія».
2. Скласти опорний конспект за статею, яка розміщена на дошці Padlet або за допомогою інтернет-джерел на тему «Дива кулінарії та закони фізики».

3. Переглянути відео на дошці Padlet «Дива кулінарії та закони фізики», «Фізика в сучасному житті».