II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«ФИЗИКА НА КУХНЕ. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНОВ ФИЗИКИ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ ПИЩИ С ПОМОЩЬЮ ПОДРУЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ».

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Советкин Ю.В. 1

---

1МБОУ СОШ № 108

Камалов Ф.М. 1

---

1МБОУ СОШ № 108

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Я учусь в 7 классе. Я, мои одноклассники и ребятам из параллели начали знакомство с новыми предметами, одним из которых является физика. Так же, во внеурочное время у нас в школе проводятся факультативные занятия по физике, на которых мы узнаем много нового и интересного. Физика, несомненно, один из интереснейших предметов, но он очень сложный и не всегда понятен. Поэтому некоторым ребятам эта наука не нравится. Они не желают понимать и разбираться в основах физических теорий и законов, упуская возможность узнать много интересного в этой науке. А ведь дело не в предмете, а в способе его подачи – это не только изучение учебной литературы, интересные по содержанию уроки, лекции, но и наглядные и увлекательные опыты, видео-презентации.

Проблема, которую для себя обозначил – сложность восприятия и понимания материала традиционными способами – урок, лекция, изучение учебной литературы.

Своей исследовательской работой я хочу показать, как можно использовать законы физики в бытовых условиях, в знакомой каждому среде – на кухне, а именно в процессе приготовления пищи.

Поэтому, целью моей исследовательской работы является проведение обучающего мастер-класса и создание образовательного буклета по проведенным опытам с пояснением примененных законов физики.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Изучить явления и законы тепловых, электрических процессов (в частности, закон Джоуля-Ленца, явление короткого замыкания); а также технику безопасности при работе со спиртовыми горелками и электронагревательными приборами (утюгом);

2. составить меню;

3. найти и применить различные способы приготовления этих блюд с помощью подручных средств;

4. провести пробные опыты дома под наблюдением взрослых, устранить имеющиеся недочеты, отточить технику исполнения;

5. написать доклад;

6. изготовить обучающий буклет;

7. провести серию мастер-классов для ребят своей школы.

Изучение теории.

Любое исследование начинается с изучения теории, а тем более проведение физических опытов требует тщательной теоретической подготовки.

Изучение законов термодинамики.

Термодинамика (от греч. Therme – тепло + Dynamis – сила)– раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В термодинамике имеют дело не с отдельными молекулами, а с макроскопическими телами, состоящими из огромного числа частиц. Эти тела называются термодинамическими системами.

Термодинамика изучает закон тепло­вого движения и влияние теплового движе­ния на свойства самих тел, в которых оно происходит. Термодинамика основывается на трех началах или на трех законах, в основе которых лежат не гипотезы, а ог­ромный экспериментальный материал. По­тому и считают эти законы точными, с их помощью можно проверить новые законо­мерности, которые выводятся в науке.

Для моей исследовательской работы необходимо знать Первое начало термодинамики, которое утверждает, что теплота, полученная системой, идёт на увеличение внутренней энергии системы и на совершение этой системой работы, то есть изменение внутренней энергии тела равно сумме сообщенной ему работы и переданного ему тепла.

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутреннейэнергией – энергией теплового (поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия.

Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: путем совершения работы и путем теплообмена.

Известно, что в процессе превращения энергии действует закон сохранения энергии (Закон сохранения энергии – фундаментальный закон природы. «Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной. Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение/уменьшение ее энергии равно убыли/возрастанию энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.»). Поскольку тепловое движение тоже механическое (только не направленное, а хаотическое), то при всех превращениях должен выполняться закон сохранения энергии не только внешних, но и внутренних движений.

Изучение закона Джоуля–Ленца. Явление короткого замыкания.

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо один от другого установили, чтопри прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Это положение называется законом Джоуля– Ленца.

Преодолевая сопротивление проводника, электрический ток выполняет работу, в процессе которой в проводнике выделяется тепло. Свободные электроны при своем движении сталкиваются с атомами и молекулами и при этих столкновениях механическая энергия движущихся электронов переходит в тепловую.

Понятие короткого замыкания.

Коро́ткое замыка́ние (КЗ) – электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов.

При существовании в цепи короткого замыкания сила тока резко возрастает. Согласно закону Джоуля-Ленца, возрастание силы тока может привести к перегреванию проводов и возникновению пожара.

Закон Архимеда. Плавание тел.

Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, по которому погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости. То есть, на тело, погруженное полностью или частично в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом. Эта сила называется Архимедовой силой.

При этом сила выталкивания, по природе сила давления, зависит от плотности жидкости, а вес от плотности тела. Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса, и тем глубже оно погрузится.

Плавание – способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определённом уровне внутри жидкости или газа. Плавание тел объясняется законом Архимеда.

В ходе изучения материала и подготовки опытов я открыл для себя удивительный мир физики и кулинарии. Я сам готовил и проводил опыты, искал доступные методы приготовления привычных блюд новыми способами с помощью подручных материалов.

В результате исследования подтвердилась моя гипотеза о том, что если в интересной форме показать практическое применение физических законов, то можно заинтересовать и привлечь учащихся школы к изучению физики.

Результатами моей работы являются проведенные мастер-классы и созданный образовательный буклет, которые могут быть продемонстрированы на уроках физики в 3-11 классах, а также могут использоваться для мотивации учащихся к изучению физики.

Основная часть

1. Проведение экспериментов

1.1. Составление меню. Способы приготовления блюд с помощью подручных средств

Так как целью моей является проведение мастер-класса, то есть демонстрация «вживую» перед классом физических опытов в результате которых я получу готовые к употреблению блюда, и буду ограничен во времени, то мне необходимо выбрать такие блюда, которые я смогу быстро довести до готовности. Наилучшая демонстрация законов физики в «кухонных условиях» – это термообработка продуктов. Перечитав все мамины кулинарные книги и журналы, посетив множество кулинарных сайтов, я определился с меню:

1. Яйцо пашот.

2. Запечённый фаршированный помидор.

3. Жареный тост.

1.2. Яйцо пашот

Я выбрал не традиционный способ варки яйца, а яйцо пашот в связи с временными ограничениями, т.к. обычное яйцо 15 минут, а яйцо пашот 3-4 минуты, ну и потому что это очень вкусное блюдо.

Яйцо пашот – это блюдо высокой французской кухни, оно имеет французское происхождение и на своей родине носит название «œuf pochés». Этому рецепту до сих пор обучают в высшей французской кулинарной школе – Le Cordon Bleu.

Для приготовления этого блюда яйцо обязательно(!) должно быть свежим. Проверить свежесть яйца можно, опустив его в воду. В каждом яйце есть небольшое пространство, заполненное воздухом и предназначенное для газообмена развивающегося эмбриона. Такая воздушная камера, зовущаяся по науке «пугой», находится на тупом конце яйца, в котором имеется двухслойная подскорлупная оболочка. Она имеет свойство пропускать и воздух, и влагу. И чем больше возраст яйца, тем больше по объему эта камера-пуга. Яйцо как бы сохнет, высвобождая все больше места для воздуха. Если яйцо не первой свежести, оно встанет на дно, тупым концом вверх. Если яйцо свежее, оно ляжет на бок на дне. Чем дольше яйцо будет несвежим, тем выше в емкости оно будет плавать.

Почему яйцо тонет? Согласно условию плавания тел сила тяжести яйца больше силы Архимеда.

Если же яйцо будет не свежим и в нем будет много воздуха, то оно начинает всплывать, так как сила тяжести станет меньше Архимедовой силы.

Яйцо пашот варится из разбитых яиц, помещенных в горячую воду. Проще говоря, это яйца, сваренные в воде без скорлупы. Благодаря такой технологии варки, яйцо-пашот обладает нежнейшим и жидковатым желтком, которое окутано в мягкий белок.

Теперь нужно определиться как мне готовить яйцо. Просто сварить яйцо в кастрюле на спиртовой горелке – не интересно («не спортивно»), поэтому варить я его буду в бумажном стаканчике.

Я налил в стаканчик воду, закрепил стаканчик в штативе и зажег горелку. Почему же бумажный стаканчик не горит? Согласно закону теплообмена происходит процесс теплообмена между веществами, поглощение теплоты (энергии) воды и бумаги от спиртовки по закону теплового баланса. Вся теплота, выделяющаяся при горении, идет на нагревание воды. Вода поглощает тепло, поступающее к бумаге, и начинает кипеть при температуре 100 ºС. Температура воды не станет выше, поэтому бумага не достигнет температуры, при которой она загорится – 230 ºС, пока вся вода не испарится.

Существует несколько способов варки яйца, которые я опробовал сам дома. Сначала я выбрал традиционный способ – в кипящей воде, создать при помощи ложки «воронку» и влить в нее яйцо. В кастрюле получилось все замечательно и очень вкусно.

Напомню, вода у меня кипятится. Я накрыл тарелку пищевой пленкой и разбил туда яйцо. Нужно быть осторожным и не повредить желток. Заворачиваю пищевую пленку в мешочек, опускаю его в кипящую воду. Варю 3-4 минуты.

Готовое яйцо вытащить из воды и дать остыть, не разворачивая пленку в течение одной минуты. После освобождаем яйцо от пленки, выкладываем на тарелку. Соль, перец – по вкусу. Перед подачей сделать надрез посередине яйца.

1.3. Запечённый фаршированный помидор

Я изучил множество кулинарных рецептов, прежде чем определился с начинкой для помидора. Временной фактор накладывает некоторые ограничения на выбор начинки – она должна быть съедобной и без длительной термообработки, поэтому мясные и рыбные начинки (имеется ввиду сырые мясо и рыба) мне не годятся. Из множества рецептов, руководствуясь собственными гастрономическими предпочтениями, я остановился на начинке из сыра, зелени и чеснока.

Помидор я буду запекать в фольге на пламени спиртовой горелки.

Согласно закону теплообмена происходит процесс теплообмена между веществами, но в определенной среде (паровая кухня). Фольга играет роль диэлектрика, не позволяющая передачу энергии окружающей среде (воздуху). Помидор, находящийся в замкнутом пространстве (мешок из фольги) подвергается тепловой обработке в одинаковой мере со всех сторон.

Для начала нужно подготовить помидор: вырезаем середину помидора, закладываем в него начинку и снимаем с помидора кожуру. Для начинки: мелко нарезать укроп, половину зубчика чеснока и кусочек сливочного сыра (у меня Viola).

Смазываем фольгу маслом и кладем в середину помидор. Сворачиваем фольгу так, чтобы помидор был как бы в свободном мешочке (как на картинке), и ставим на огонь. Для запекания потребуется 7-10 минут.

Готовый помидор аккуратно выкладываем на тарелку и режем на 4 части.

1.4. Жареный тост

Что такое тост? Как сообщает нам Википедия (Wikipedia – свободная интернет-энциклопедия): Тост, тостовый хлеб (англ. toast) – пористый белый хлеб с тонкой корочкой, обычно продаётся в упаковках, порезанным на ломтики. Перед употреблением ломтики стандартной квадратной формы поджариваются с двух сторон. Печка для поджаривания тостов называется тостером.

Тостера у меня нет, поэтому я воспользуюсь утюгом. Кладем кусочек хлеба на смазанный маслом лист фольги, заворачиваем его и прижимаем утюгом с каждой стороны по 50 секунд. Утюг выставляем на максимальную температуру.

Согласно законам теплообмена происходит процесс передачи энергии от одного тела другому. Утюг нагревает фольгу снаружи, которая передает энергию тосту, находящемуся внутри нее. При этом фольга не позволяет передачу энергии (тепла) изнутри в окружающую среду (воздуху). Фольга предварительно смазана маслом, чтобы не дать припечься хлебу к фольге. Масло быстро нагревается, поджаривая внешний слой тоста, вода испаряется, образуя слой пара, который «поднимает» хлеб над масляной пленкой, и не дает ему пристать к горячей поверхности.

Осталось красиво сервировать и подать на стол. Bon appétit!

1.5. Разведение огня без спичек

Я, конечно мог обойтись традиционным способом получения огня – при помощи спичек, но раз уж решил действовать не традиционно, то буду придерживаться этого правила и дальше, тем более, ставя эксперименты я узнаю что-то новое для себя и преследую цель показать это другим ребятам.

Я изучил несколько способов разведения огня без спичек и выбрал наиболее подходящий для моих «кухонно-классных» условий.

Для разведения огня мне потребуется обычная пальчиковая батарейка, кусочек фольги с бумажным слоем (упаковка от жевательной резинки (в пластинках), фольга от некоторых шоколадок или конфет), кусочек ваты и лист бумаги.

Отрезаем от фольги кусочек длиной 9-10 см (по длине упаковки), шириной 1 см. Складываем пополам фольгой внутрь(!), отрезаем кусочек фольги так, чтобы в центре получилось узкое место шириной 2 мм (как показано на картинке).

Сворачиваем лист бумаги в тонкую «палочку» и прикладываем его конец к кусочку ваты. Вата нам нужна для возгорания, а бумага для удобного розжига спиртовой горелки.

Берем обыкновенную батарейку и прикладываем к полюсам батарейки концы фольгированной полоски. Узкий центр полоски прикладываем к вате. Бумажный слой фольги загорится, подожжет вату, от которой в свою очередь загорится бумага, которой уже можно поджигать спиртовую горелку.

Возгорание фольги происходит на основании закона Джоуля-Ленца – при прохождении электрического тока через проводник (здесь фольга) проводник нагревается. В самом узком месте фольги ее сопротивление падает практически до нуля  – это явления короткого замыкания.

Этот способ розжига огня пригодится мне не только на опытах, но и в жизни, если вдруг я окажусь в лесу без спичек. Батарейку можно достать из фонарика, жвачка или конфетка часто лежат у меня в карманах, а вату можно заменить куском сухого мха.

Вот так при помощи уроков физики и подручных материалов, мы приготовили вкусный завтрак. Так учить физику интересно, вкусно и необыкновенно! Теперь и вы, наверняка узнали что-то новое для себя и взглянули на мир физики по-новому!

Как и планировалось я провел серию мастер-классов на которых присутствовали не только мои одноклассники и ребята с факультатива, но и учителя и администрация школы. Всем понравился мой мастер-класс – ребята очень внимательно смотрели, потом подходили, спрашивали, пробовали сами. Им действительно было интересно, а теперь они спрашивают когда еще будет новый мастер-класс, а как можно в нем поучаствовать и что для этого нужно сделать. Теперь на факультативные занятия по физике пришли новые ребята. По статистическим данным руководителя факультативных занятий по физике вначале учебного года на дополнительные занятия по физике приходило 4 пятиклассника, 5 шестиклассников и 3 семиклассника. После моего мастер-класса стали посещать эти занятия еще 11 пятиклассников, 6 шестиклассников, 4 семиклассника и 5 восьмиклассников. Я достиг своей цели – физика стала интересней и популярней в моей школе. Значит, я могу двигаться дальше – участвовать в городских и других конкурсах, и нести мою физику детям других школ!

Заключение

В ходе работы над проектом я сделал для себя множество открытий.

Я приоткрыл для себя мир физики и понял, что физика с нами везде, даже на кухне. И теперь я это не только понимаю, но и могу объяснить, как все происходит.

Я не только пополнил свою кулинарную книгу новыми вкусными рецептами, но и научился готовить некоторые блюда, научился разводить огонь без спичек и готовить без привычных кухонных приборов, так что я голодным не останусь – ни в лесу, ни в студенческом общежитии.

По результатам моего мастер-класса была написана и опубликована статья на школьном сайте, на городском сайте новостей, в городских газетах «Приборостроитель» и «Спектр», в областной газете «Губерния», выпущен репортаж в новостях местного телевидения. Так неожиданно распространился мой проект за пределами школы.

Так же данная работа была представлена:

– на городском научном конкурсе учебно-исследовательских и творческих работ детей и молодежи «Юность науки» и была отмечена дипломом I степени;

– на всероссийском Образовательном событии для талантливых детей «Школа проектов. III сезон», в городе Железногорск (Красноярский край) в рамках мероприятий для талантливых детей городов-участников проекта «Школа Росатома», в результате которой я стал обладателем Гран-при. Мой проект произвел большое впечатление и оказался актуальным для работы педагогов из других городов-участников. Поэтому они забрали мои буклеты с собой и пообещали провести подобные мастер-классы в своих школах.

Своим проектом я преследую цель заинтересовать детей физикой и привлечь их внимание к этому интереснейшему предмету путем демонстрации ее законов в привычной всем бытовой среде, а именно на кухне.

В каждом населенном пункте есть школа, в каждой школе есть дети и в каждой школе они рано или поздно познакомятся с физикой. Но не везде есть такой учитель физики, который проводит факультативные занятия для ребят младшего и среднего звена для того, чтобы им дать знания помимо, предусмотренных образовательной программой. Каждая школа выращивает отличников, медалистов и олимпиадников, но не везде простым ребятам – ударникам и «середнечкам» дают возможность проявить себя. Но мир не стоит на месте и в сфере образования наступают перемены. Сейчас набирает популярность такой вид представления учебного материала как мастер-класс. Ребенок не просто читает учебник и слушает лекцию, не только смотрит на вычисления на доске, а видит своими глазами то, что он изучает, может потрогать руками, попробовать сделать самостоятельно. Ребенок видит, что мастер-класс проводит не учитель, а его сверстник – такой же ребенок как и он сам и это подталкивает его на свои открытия, исследования и углубленное изучение предмета. А отсюда появляется интерес к проектной и исследовательской деятельности и к участию в конкурсах проектов. Такой метод обучения дает шанс каждому раскрыть свои способности, найти интересное направление, приобрести опыт выступления перед публикой и дает уверенность в себе. Поэтому мой проект будет интересен везде!

Я готовил свой проект в первую очередь для ребят своей школы – для своих одноклассников, ребят из параллели, для младшего и среднего звена – для всех тех, кому предстоит познакомиться с таким предметом, как физика. Мой проект будет еще долго актуален, ведь каждый год в школу приходят новые ребята, которым будет интересно познакомиться с физикой на моем мастер-классе. Но это не значит, что я остановлюсь на достигнутом – я буду совершенствовать и модернизировать свой проект, придумаю новые блюда, найду новые способы их приготовления, буду устраивать все новые и новые кулинарные шоу.

Список использованных источников

1. http://bonvoyage.kh.ua/index.php?id=1236

2. http://electricalschool.info/main/osnovy/1090-zakon-dzhoulja-lenca.html

3. http://physics.info-servis.net/index11.htm

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D1%85%D0%BB%D0%B5%D0%B1

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

7. https://tehnologiyagerls.wordpress.com/about/%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%81%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8/%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0-%D0%B1%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%81%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8-%D0%BF%D1%80%D0%B8-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5-%D1%81-%D1%83%D1%82%D1%8E/

8. http://www.bibliotekar.ru/estestvoznanie-2/67.htm

9. http://www.bst3m.ru/stsp/indexstsp.html#7

10. http://www.eleczon.ru/ucheba/osnovi/zakon-jhoulia-lenza.html

11. http://www.physicalsystems.org/index03.1.10.html

12. http://povar.me/other-food/eggs-vtoroe/yajca-pashot/

13. http://www.the-village.ru/village/food/food-guide/170453-5-sposobov-prigotovit-yaytsa-pashot

14. http://www.wday.ru/dom-eda/soh/appetitnyie-tostyi-byistro-i-vkusno/

15. http://www.xliby.ru/fizika/fizika_dlja_vseh_molekuly/p10.php

16. http://znanija.com/task/2531669