Почему одни предметы держатся на воде, а другие опускаются на дно? Начните с опыта, в котором ребёнок сначала предполагает результат, а потом проверяет его. Так слово «плотность» будет связано с тем, что он увидел сам.
Плотность показывает, сколько массы приходится на определённый объём вещества. В опыте с жидкостями удобно сравнить воду, растительное масло и мёд: при аккуратном наливании масло оказывается выше воды, а мёд — ниже. На расположение слоёв влияет и то, смешиваются ли жидкости. Эти свойства описаны в материале Американского химического общества. Опыты проводите вместе с ребёнком, ничего из стаканов не пробуйте.
Сначала устройте место для опытов
Поставьте на устойчивый стол поднос и подготовьте тряпку для случайных капель. Для трёх проверок понадобятся два прозрачных стакана, небольшая прозрачная банка, вода, немного растительного масла, мёд, чайная ложка, несколько небольших предметов и лист для записей. Выберите предметы, которые удобно доставать ложкой: монету, пластиковую крышку от бутылки, небольшой камешек и сухую пробку. Слишком мелкие детали не давайте ребёнку, который может положить их в рот.
Пусть ребёнок нарисует три колонки: «Думаю», «Увидел», «Что изменил». Заполнять их можно значками: стрелка вниз означает «утонет», линия на поверхности — «останется сверху». Не превращайте запись в школьный отчёт. Она нужна, чтобы заметить разницу между предположением и наблюдением.
С водой ребёнок работает под постоянным близким присмотром взрослого. Даже неглубокий стакан не повод оставлять маленького ребёнка одного. После опытов взрослый вытирает разливы и убирает посуду.
Опыт 1. Как ведут себя предметы в одной и той же воде
Налейте в стакан воду примерно до половины. Разложите рядом монету, крышку, камешек и пробку. До погружения каждого предмета спросите: «Где он окажется, если мы отпустим его в воде?» Дайте ребёнку выбрать знак для первой колонки, затем опускайте предметы по одному. После каждого предмета дождитесь, пока он перестанет двигаться, и запишите наблюдение.
Сравнивайте положение предмета, а не скорость его падения. Камешек может быстро оказаться на дне, а крышка какое-то время наклоняться и задерживать воздух. Если результат кажется неясным, выньте предмет ложкой, стряхните капли и опустите ещё раз без толчка. Сухая пробка может держаться на поверхности, а монета — опуститься вниз; ребёнку достаточно увидеть, что в одинаковой воде вещи ведут себя по-разному.
Спросите: «Если сделать монету больше, но оставить тот же металл, станет ли она похожа на пробку?» Не требуйте мгновенного ответа. Подведите к мысли, что размер сам по себе не объясняет всё: важны материал и то, сколько вещества приходится на занимаемое место. А вот полая форма может захватить воздух и изменить поведение предмета. Поэтому по одному слову «большой» или «тяжёлый» предсказать исход трудно.
Для наглядной проверки сравните сухую пластиковую крышку, положенную на воду открытой стороной вниз, с той же крышкой, погружённой боком. Не называйте изменение положения доказательством иной плотности пластика: материал остался прежним, изменилось количество удержанного воздуха. Эта короткая проверка помогает не путать свойства материала с устройством предмета.
Опыт 2. Два слоя в прозрачном стакане
Вылейте воду из первого стакана в подходящую ёмкость или возьмите второй. Налейте в чистый стакан воду примерно на треть высоты. Медленно добавьте по стенке одну-две столовые ложки растительного масла. Смотрите на границу между жидкостями сбоку, на уровне глаз. Масло соберётся сверху, вода останется под ним.
Предложите ребёнку нарисовать стакан двумя полосами и подписать их. Затем осторожно качните стакан на столе, не поднимая его. На границе могут появиться капли масла, но после ожидания слои снова станут заметнее. Теперь можно спросить: «Если масло сверху, почему мы всё ещё видим его отдельным слоем?» Здесь пригодится второе условие: жидкости должны плохо смешиваться. Разница плотности сама по себе не обещает таких же чётких слоёв для любой пары жидкостей.
Не проводите эту проверку с произвольными бытовыми жидкостями. У воды и масла уже есть понятный результат, а дополнительные вещества ничего не добавят к главному наблюдению. Масло после опыта соберите салфеткой или перелейте в ёмкость для отходов; не сливайте его в раковину.
Если ребёнок хочет продолжить опыты с водой без масла, подойдут пять домашних проверок с водой. Там можно выбрать следующее наблюдение, не усложняя этот стакан новыми ингредиентами.
Опыт 3. Добавьте нижний слой
Возьмите небольшую прозрачную банку. Взрослый кладёт на дно две чайные ложки мёда. Затем медленно наливает воду по стенке банки, чтобы струя не ударяла прямо в мёд. После этого так же осторожно добавляет немного масла. Поставьте банку на поднос и подождите, пока движение внутри утихнет. Сбоку будут видны три области: мёд внизу, вода посередине, масло сверху.
Этот опыт не стоит превращать в соревнование «у кого красивее полосы». Вода может частично смешаться с мёдом там, где они соприкоснулись, особенно если лить быстро. Граница получится менее чёткой, но наблюдение всё равно полезно: ребёнок видит, почему скорость наливания и смешивание имеют значение. Если слои сразу перемешались, не добавляйте всё новые порции. Начните в чистой банке и лейте медленнее.
Попросите ребёнка показать пальцем путь каждой жидкости от горлышка банки до её места. Так он связывает действие с итогом: мёд сначала занял дно, вода легла над ним, масло осталось наверху. Не заменяйте мёд первым попавшимся сиропом и не обещайте, что любой другой сироп даст такую же картину.
Содержимое банки не пробуют: в ней уже были материалы для опыта. После наблюдения закройте банку или уберите её туда, где ребёнок не достанет. Взрослый отдельно удаляет масло и моет посуду.
Как объяснить результат без длинной лекции
Скажите: «Представь два одинаковых по размеру кубика. В одном больше вещества и массы, чем в другом. Мы говорим, что он плотнее». Не нужно считать по формуле: ребёнку достаточно сравнения одинакового объёма. Вернитесь к стакану: масло и вода заняли разные места, хотя обе жидкости налиты в одну посуду.
Затем уточните границу объяснения. Если предмет держится на воде, причина может быть связана не только с материалом, но и с формой и воздухом внутри. Если две жидкости расположились слоями, важна ещё способность смешиваться. Так вы не получите простого правила, которое сломается при следующем опыте.
Полезный вопрос после каждого наблюдения — «Что мы оставили прежним, а что поменяли?» В опыте с предметами вода одна и та же, менялись предметы. В опыте со слоями посуда та же, а жидкости разные. Эта привычка поможет ребёнку самому замечать, о чём именно говорит результат.
Если опыт пошёл не так
Масло выглядит как россыпь мелких капель? Оставьте стакан неподвижным на несколько минут. Если жидкость сильно взболтали, её разделение трудно разглядеть сразу. Мёд потянулся в воде полосами? В следующий раз направьте воду по стенке и уменьшите напор. Предмет сначала плыл, а потом утонул? Посмотрите, не вышел ли из полой части воздух.
Не объявляйте любой неожиданной результат ошибкой ребёнка. Попросите описать его точными словами: «Крышка плавала открытой стороной вниз, а после поворота погрузилась». Такое описание полезнее, чем поспешный ответ «плотность изменилась».
Если ребёнку интереснее наблюдать изменение цвета, чем положение слоёв, предложите отдельно простые эксперименты с цветом. В этой серии оставьте жидкости прозрачными настолько, чтобы было видно именно их границу.
Частые вопросы
Можно ли объяснить плотность только словами «тяжёлое тонет»?
Нет. Большой предмет может быть тяжёлым в целом и при этом держаться на воде благодаря форме и воздуху внутри. Для начала сравнивайте предметы близкого размера, а затем отдельно показывайте, как меняется поведение полой крышки.
Почему масло нужно наливать медленно?
При спокойном наливании ребёнку легче увидеть, где окажется каждая жидкость. После резкого встряхивания масло распадается на капли, и граница слоёв временно становится неясной.
Можно ли оставить банку со слоями на следующий день?
Можно закрыть и убрать её для последующего наблюдения, если взрослый контролирует хранение. Подпишите банку «Опыт, не пить» и поставьте отдельно от еды. При повторном просмотре сравните, насколько заметна граница слоёв.
Что спросить у ребёнка в конце?
Попросите выбрать одно наблюдение и закончить фразу: «Я думал…, а увидел…». Затем спросите, какое действие он повторил бы для проверки. Это покажет, отличает ли ребёнок предположение от результата.