Капните пищевой краситель в прозрачный стакан с неподвижной водой и не трогайте его. Цвет постепенно займёт всё больше места. Во втором таком же стакане осторожно размешайте такую же каплю: вода окрасится быстрее. Это наглядное сравнение самопроизвольного распространения вещества и перемешивания ложкой.
Но видимые цветные струйки в стакане не доказывают, что работает одна только диффузия. Вода может двигаться из-за разницы температуры или самого внесения капли. Поэтому задача домашнего опыта — заметить, что цвет расходится и без ложки, а затем сравнить это с намеренным перемешиванием. Точное разделение всех причин здесь не требуется.
Подготовьте два одинаковых стакана
Возьмите два одинаковых прозрачных стакана или невысоких банки, воду комнатной температуры, жидкий пищевой краситель, чайную ложку и поднос. В каждый стакан налейте одинаковое количество воды — например, по половине стакана. Поставьте сосуды рядом, но так, чтобы при размешивании одного не задеть второй.
Вода должна быть набрана из одного источника примерно в одно время. Если налить в первый стакан холодную воду, а во второй тёплую, вы поменяете сразу несколько условий. Сравнивать два хода опыта станет труднее. По той же причине не ставьте один стакан на солнце, а другой в тень.
Красителя нужно совсем немного: по одной похожей капле в каждый стакан. Большая порция быстро окрасит воду и скроет путь цвета. Если дозатор выпускает капли разного размера, можно сначала потренироваться над блюдцем. Не используйте для опыта неизвестные бытовые красители или жидкости. Пищевой краситель удобен тем, что его цвет хорошо виден в воде; пробовать воду после опыта не нужно.
При занятии с маленьким ребёнком взрослый постоянно находится рядом с водой, даже если её в стаканах немного. Поднос удержит случайные капли на столе. После занятия вылейте окрашенную воду и протрите поверхность.
Сначала посмотрите на воду без ложки
Попросите ребёнка назвать прогноз: «Останется ли капля отдельным пятном?» Затем взрослый аккуратно добавляет каплю в первый стакан ближе к поверхности воды. Не встряхивайте сосуд и не проводите пипеткой по воде. После этого отложите руки и просто смотрите.
Сначала цвет может тянуться тонкой дорожкой вниз, собираться облаком или расходиться неровными веточками. Через некоторое время чёткая граница пятна станет менее заметной. В разных стаканах рисунок получится разным: даже тихое добавление капли слегка двигает воду, а внутри сосуда могут возникать слабые течения. Это не ошибка опыта и не повод требовать от ребёнка увидеть идеальный круг.
Удобно отмечать изменения словами через равные промежутки, например после нескольких спокойных счётов до десяти. Спросите: «Где сейчас заметен цвет — только возле места капли или ещё ниже и по сторонам?» Так внимание остаётся на наблюдении, а не на ожидании красивой формы.
Во втором стакане перемешайте воду
Добавьте такую же каплю во второй стакан. Сразу сделайте ложкой два-три медленных оборота, не выплёскивая воду. Теперь сравните стаканы: в размешанном цвет обычно распределяется быстрее и ровнее. В первом сосуде движение цвета продолжалось без ваших действий ложкой.
Оговорите, что означает сравнение. В первом стакане краситель распространялся, хотя вы намеренно не мешали воду. Частицы вещества способны переходить из области, где их больше, туда, где их меньше; это называют диффузией. Во втором стакане ложка передвигала воду целиком, поэтому цвет разносился заметно быстрее. Видимая картина первого стакана может включать и движение самой воды, поэтому не стоит приписывать каждую цветную струйку исключительно диффузии.
Не пытайтесь определить победителя «по секундам», если капли оказались разными или один стакан задели. Достаточно увидеть отличие между спокойным ожиданием и несколькими оборотами ложки. Если различие оказалось слабым, повторите на чистой воде с меньшей каплей и действительно оставьте первый стакан неподвижным.
Обсудите один законченный пример
Представьте ход занятия. Ребёнок предполагает, что без ложки капля останется у поверхности. Вы добавляете краситель в первый стакан и ставите ложку рядом, не касаясь воды. Цвет сначала образует узкую дорожку, затем заметен уже в нижней части стакана. Во второй стакан вы добавляете такую же каплю и делаете три медленных оборота ложкой. Там окраска распространяется по всему объёму быстрее.
Теперь попросите ребёнка закончить две фразы: «Без ложки я увидел…» и «С ложкой я увидел…». Возможный ответ: «Цвет сам уходил дальше от капли, а после размешивания разошёлся быстрее». Этого достаточно. Не нужно требовать от ребёнка объяснения невидимого движения отдельных частиц по тому, как повернулась конкретная цветная струйка.
Если хочется зарисовать опыт, нарисуйте два прямоугольника стаканов. В первом отметьте место капли и путь цвета после наблюдения, во втором — более ровно окрашенную воду. Подписи «ждали» и «размешали» помогут не перепутать условия через час, когда оба стакана будут выглядеть похоже.
Игра «Что изменилось?»
После основного опыта проведите короткую игру на внимательность к условиям. Цель — узнать, какое действие ускорило окрашивание во втором стакане. Подготовка уже готова: два стакана стоят рядом, ложка лежит на подносе. Взрослый называет два правдоподобных объяснения, а ребёнок выбирает то, которое можно проверить в этой паре.
Один ход выглядит так: взрослый спрашивает: «Во втором стакане цвет разошёлся быстрее потому, что мы взяли другую воду или потому, что размешали её ложкой?» Ребёнок вспоминает, что воду налили одновременно и поровну, и выбирает ложку. Затем он показывает, в каком стакане ложка была, а в каком нет. Игра завершается, когда ребёнок сам называет единственное намеренно изменённое действие.
Если ответ не находится, не подсказывайте термин «диффузия» как пароль. Вернитесь к столу: одинаковые стаканы, одинаковая вода, по капле красителя, ложка только во втором. Такая проверка учит замечать устройство опыта, а не угадывать слово по интонации взрослого.
Что может исказить наблюдение
Горячая и холодная вода ведут себя по-разному, поэтому не используйте их как пару для первого сравнения. При разной температуре внутри сосудов могут возникать разные потоки, а вы хотите посмотреть именно на отличие между ожиданием и перемешиванием. Если захочется исследовать температуру отдельно, это уже будет другой вопрос и другая подготовка.
Сильная струя из пипетки также перемешивает воду. Держите наконечник близко к поверхности и выпускайте одну каплю без нажима. Не передвигайте стакан после добавления красителя. Даже лёгкий толчок создаёт движение, которое на прозрачной воде почти не видно, зато заметно по цветной дорожке.
Если капля почти сразу окрашивает всё вокруг, возможно, её было слишком много для объёма воды. Добавьте больше воды в оба чистых стакана или используйте меньшие капли. Если же цвет очень бледный, поставьте за стаканами белый лист бумаги: на таком фоне путь красителя легче различить.
Хотите затем заняться самим смешением оттенков? Для этой отдельной задачи подойдут эксперименты с цветом для детей. А опыты с водой для детей 4–5 лет помогут выбрать другие короткие наблюдения с водой, когда этот опыт уже завершён.
Частые вопросы
Почему капля опустилась на дно, а не расходилась кругом?
У видимой капли есть собственное движение при попадании в воду; внутри стакана вода тоже может двигаться. Поэтому рисунок не обязан быть симметричным. Смотрите, появляется ли цвет дальше от исходного места со временем, и сравнивайте это с размешанным стаканом.
Можно ли взять гуашь вместо пищевого красителя?
Для этого опыта лучше жидкий пищевой краситель: маленькую каплю удобно добавить без сильного толчка, а цвет виден в прозрачной воде. Гуашь может вести себя иначе и делать воду мутной, поэтому наблюдать распространение труднее.
Почему через некоторое время оба стакана похожи?
Ложка ускоряет распределение цвета, но и в оставленном стакане окрашенная область постепенно расширяется. Смысл сравнения — в ходе процесса, особенно в начале, а не только в окончательном виде двух стаканов.
Можно ли оставить ребёнка наблюдать воду одного?
При игре маленьких детей с водой взрослый остаётся рядом и постоянно следит за происходящим. Малый объём воды в стакане не заменяет близкого присмотра.