Inspiracją do zajęcia się tematyką związaną z Bondem była seria filmów z agentem 007 w służbie Jej królewskiej Mości.
Z czym kojarzy się Bond? Nam ze sławnymi drinkami, zagadkami kryminalnymi, efektami specjalnymi i hazardem. Całość opracowania to kwartet stworzony przez fizykę, matematykę, chemię i biologię.
Na przykładzie wybranego filmu pragniemy zaproponować Państwu doświadczenia z wielu dziedzin, które niezbicie dowodzą, że wiedza z różnych przedmiotów jest nam niezbędna w życiu codziennym, a nawet może być wykorzystana do doskonałej zabawy podczas spotkań towarzyskich.
Zapraszamy do lektury wszystkich części.
„Wstrząśnięte czy mieszane?” – czyli jak zamienić wodę w wino, rozpoznać wysokoprocentowy trunek, zaobserwować kawitację w butelce, opisać zanik pianki na piwie, napić się wina z nietypowego dzbanka, poznać tajemnicę piłeczki Widget w Guinness’ie?
Trochę historii…
Sławny drink Martini Vesper (ang. Gwiazda wieczorna) został nazwany na część dziewczyny Bonda Vesper Lynd pochodzi z książki Casino Royale, którą napisał Ian Fleming, w 1953 roku. Po raz pierwszy małe Martini z wódką Smirnoff, wstrząśnięte, nie mieszane pojawiło się w 1962 roku, na planie „Dr No”. Martini Vesper w takiej postaci jak pił agent 007 jest już niemożliwe do odtworzenia, bo Gin Gordon’s produkowany był jako 47% gin, a rosyjska wódka Stolichnaya miała 50%. Obecnie oba trunki mają niższą zawartość alkoholu, a w 1986 roku zaprzestano także produkcji Kina Lillet.
Obecnie Martini Vesper można przyrządzić według przepisu:
• trzy porcje ginu,
• jedna porcja wódki Smirnoff,
• pół porcji likieru Lillet (według nowej receptury z 1987 jest bardziej owocowy i mniej gorzki).
1. Dlaczego wstrząśnięte, a nie mieszane?
Słynne powiedzenie, pochodzące z filmu od lat nas zastanawia? Okazuje się, że wstrząśnięte Martini lepiej smakuję bo ma więcej mikroskopijnych kawałeczków lodu, jest lodowato zimne i lepiej napowietrzone.
2. Jak zamienić wodę w wino? – czyli co wspólnego ma Kana Galilejska z fizyką?
Do wykonania tego doświadczenia potrzebne są dwa słoiki. W zakrętce każdego z nich należy wykonać po dwa otwory, przez które wkładamy plastikowe rurki (dostępne w sklepach samochodowych lub na stoiskach ogrodniczych w sklepach OBI). Do jednego ze słoików wlewamy za pomocą lejka wodę, która spręża powietrze, powodując wylewanie się wina (nalanego wcześniej do drugiego słoika).
Cały zestaw umieszczamy w pudełku, tak jak jest to pokazane na zdjęciach.
Inne wersje tego doświadczenia opisane są w artykułach Věra Pejčochovej (Bdinkovej) pt. Výměna kapalin, Přeměna vína na vodu [4], natomiast linki do wybranych filmów umieszczonych na YouTubie znajdują się na końcu artykułu.
3. Jak rozpoznać wysokoprocentowy trunek?
Do dwóch jednakowych szklanek wypełnionych cieczami wrzucamy po jednej kostce lodu. W jednym naczyniu lód tonie, w drugim pływa.
W pierwszej szklance znajduje się etanol C2H5OH, a w drugiej woda H2O. Gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wody (1000 kg/m3), ale większa od gęstości etanolu, zatem lód tonie w etanolu, a pływa w wodzie.
4. Dlaczego w puszce Guinnessa jest piłeczka?
Producent: Guinness Irlandia Skład: woda, słód jęczmienny, palony jęczmień, chmiel, drożdże
Charakterystyczną cechą Guinness Draught w odróżnieniu od innych piw jest poza standardowym nasyceniem dwutlenkiem węgla, również zawartość azotu. Dopiero w 1997 roku wprowadzono do produkcji widget jaki znamy obecnie.
„Zagadkowy” Widget to mała plastikowa, pusta w środku kulka o średnicy ok. 3 cm posiadająca jeden otworek o średnicy 0,61 mm, wykonany laserem. Kulka ta wkładana jest do puszek z piwem, do których podczas napełniania dodawany jest ciekły azot, który wraz z dwutlenkiem węgla tworzy mieszaninę gazów. Azot, który po zamknięciu puszki odparowuje, zwiększa ciśnienie i wnika do środka widgeta. Po otwarciu puszki, w wyniku różnicy ciśnień wewnątrz i na zewnątrz opakowania, azot przeciska się przez otworek w kulce, uwalniając się w postaci mnóstwa drobnych pęcherzyków. Dzięki temu powstaje gęsta, kremowa i długo utrzymująca się piana, a delikatne bąbelki azotu wpływają na dodatkowe doznania smakowe, których nie odnajdziemy w żadnym innym piwie. Trunek momentalnie zyskuje wszystkie atrybuty piwa beczkowego: wyjątkowy smak i spienienie [1], [2].
5. Rozpad pianki na piwie
Rozpad pianki na piwie jest bardzo ciekawym problemem. Okazuje się, że w każdym piwie piana zanika inaczej. Zajmował się tym zagadnieniem na Turnieju Młodych fizyków w 2006 roku Ilja Marczenko, Wydział Fizyki, Uniwersytet Sankt Petersburgski, rozwiązując zadanie 1 „Piana” [3].
I tak np. funkcja rozpadu naturalnego piwa Pilsner Urquell jest przedstawiona na wykresie(czerwoną krzywą).
Ja ze swoim synem Jakubem powtórzyłam ten eksperyment. Nagrywaliśmy rozpad piany piwa Bernard, a następnie dane przenieśliśmy na wykres.
Więcej na temat tego, co robi bąbelek w piwie w książce Michała Krupińskiego pt. Ryzyk fizyk [7].
6. Fizyka w służbie Polskiego Przemysłu Spirytusowego
Jeśli w dalszym ciągu tematem przewodnim mają być alkohole to przyjrzyjmy się butelkom, w których są one przechowywane. Przy ich projektowaniu wykorzystano fizykę.
Wystarczy spojrzeć na takie rodzaje wódek jak: Chopin, Hetman, Belweder czy Pan Tadeusz, by dostrzec, że do celów marketingowych wykorzystano soczewki cylindryczne, których modelem są butelki, czy zwykłe słoiki.
Na słoik wypełniony do połowy wodą naklejamy dwie takie same naklejki (jedna pod drugą). Wyglądają one identycznie jeżeli patrzymy na nie z przodu słoika, natomiast różnią się kształtem, jeżeli słoik odwrócimy i oglądamy jedną naklejkę przez warstwę powietrza, drugą przez warstwę wody.
Można tez wykonać inną wersję, wykorzystaną w pozostałych gatunkach wódek. Teraz jedna z naklejek znajduje się z przodu butelki (Pan Tadeusz, u nas kaczka), a druga z tyłu (pejzaż, u nas krzak). Jeśli butelka jest pusta to nasza kaczka znajduje się na tle małego krzewu, jednak gdy napełnimy butelkę cieczą, to krzak „znacznie nam się rozrastać”, tak jak na zdjęciu.
7. Jak zrobić stojak na butelki z winem?
Wiedzę na temat równowagi ciał można także wykorzystać projektując stojaki na butelki z winem.
Musimy znaleźć położenie środka ciężkości butelki wypełnionej płynem. Można go wyznaczyć doświadczalnie. Obwiązujemy sznurkiem butelkę i przesuwamy sznurek wzdłuż butelki tak długo, dopóki butelka nie ustawi się poziomo, wisząc na tym sznurku. Oczywiście środek ciężkości wypada w środku tej butelki w miejscu czarnej kropki.
W stojaku wycięty otwór musi znajdować się na takiej wysokości, żeby rzut środka ciężkości wypełnionej trunkiem butelki nie wychodził poza powierzchnię podstawy stojaka. Wtedy układ taki zachowa równowagę.
Bardziej uniwersalną wersją jest stojak półokrągły, ponieważ w miarę opróżniania butelki stojak będzie inaczej nachylony.
8. Jak napić się wina z dzbanka?
Wydawać by się mogło, że taka czynność nie sprawi nikomu problemu, a jednak… nie jest to takie proste!
Ten specjalny dzbanek jest naczyniem połączonym, (drugim ramieniem tego naczynia jest ucho dzbanka). Do tego w górnej jego części jest ażurowy, co uniemożliwia przechylenie dzbanka i wylanie zawartości w tradycyjny sposób.
Natomiast wciąganie płynu przez otworek umiejscowiony na uchu dzbanka powoduje zasysanie powietrza przez pozostałe otworki umieszczone na jego górnej krawędzi, co nie pozwala na wciągnięcie płynnej zawartości do ust. Jedyną skuteczną metodą jest zatkanie wszystkich otworków, oprócz jednego znajdującego się w górnej części ucha, przez który będziemy wciągać płyn. Oprócz widocznych otworków jest jeszcze jeden umieszczony u góry od wewnętrznej części ucha dzbanka. Jeśli nie dostrzeżmy go to i tak nie napijemy się wina!
9. Kawitacja
Ten eksperyment pokazujemy w dwóch odsłonach, uderzając energicznie młotkiem w szyjki butelek wypełnionych płynem. Nie informujemy obserwatorów jaka to ciecz.
W pierwszym przypadku gdy jest to woda, dno butelki zostaje gwałtownie wyrwane. Jeśli uderzaną butelkę wypełnimy piwem (albo innym napojem gazowanym) to po uderzeniu obserwujemy „fontannę” wytryskającą przez szyjkę butelki. W pierwszym przypadku bardzo szybki ruch wody w górę (względem butelki!) powoduje wytworzenie małego obszaru (w pobliżu dna), w którym wytwarzają się „bąbelki próżni”. Natychmiastowy powrót wody jest gwałtowny i wyrywa dno.
W drugim doświadczeniu uwolnione gazy (w pobliżu dna) amortyzują uderzenie cieczy. Pęd wody w kierunku dna zostaje „rozładowany” w dłuższym czasie, powodując zmniejszenie siły, co jednocześnie „ratuje dno butelki”.
Film ilustrujący to doświadczenie:
10. Pusta puszka na powierzchni wody
Jeśli ktoś próbował postawić pustą puszkę po piwie lub gazowanym napoju na powierzchni wody, to wie, że jest to niemożliwe. No chyba, że jest się z fizyką za pan brat.
Wystarczy puszkę lekko przechylić tak, by bąbel powietrza usunąć spod dna puszki. Wtedy siły oddziaływań międzycząsteczkowych zrobią swoje i puszka „przyklei” się do wody.
11. Wino dostępne dla błyskotliwych
Pomysłowość ludzka nie zna granic. Trzeźwość umysłu można sprawdzić umieszczając butelkę z winem w taki sposób, jak pokazuje zdjęcie. Jeśli ktoś potrafi „otworzyć” zamknięcie, to znaczy że jeszcze może spokojnie spożyć zawartość tej butelki! Jeśli nie, trudno trzeba poczekać na lepszy dzień. Swoją drogą, jak miło jest widzieć, że układanki i gry logiczne coraz częściej wykorzystywane są nawet w sklepach, także tych z trunkami. Stojak taki kosztuje ok. 100 zł!
Można wykonać taki stojak samodzielnie z oklejonych pustych pudełek i kawałków tektury, oklejając je jakąś okleiną. Do każdego stojaka możemy wykonać inne zabezpieczenie. Kiedyś przecież skrzynie zamykano na podobne wymyślne zamki.
12. Nie zawsze świecący kieliszek
Jeszcze jednym gadżetem dostępnym w sklepach jest kieliszek, świecący tylko wtedy, gdy wypełnimy go alkoholem lub inna cieczą pełniąca rolę elektrolitu. Kieliszek nie świeci jeśli wlejemy do niego wodę destylowaną.
13. Różne zachowanie zanurzonych w wodzie puszek z napojami
Dwie puszki o jednakowych objętościach wypełnione napojami gazowanymi, zanurzamy równocześnie w tym samym naczyniu z wodą. Jedna tonie druga pływa.
Do eksperymentu użyto Pepsi i Pepsi light (może być także Coca Cola i Coca Cola ligh). Napoje te mają różną gęstość z powodu zastosowania innych składników słodzących: cukier i słodzik, natomiast gęstość wody jest stała.
14. Implozja puszki
Implozja w naszym doświadczeniu, to nagłe zapadanie się do środka ścianek naczynia, wewnątrz którego panuje podciśnienie. Możemy do tego doprowadzić nalewając do puszki po napoju troszeczkę wody, następnie stawiając na palniku turystycznym doprowadzamy tę wodę do wrzenia. Po chwili biorąc puszkę w szczypce szybko umieszczamy ją w misce z zimną wodą otworem do dołu. Jest to niewątpliwie dobra i „głośna” metoda zgniatania puszek.
15. Dlaczego kieliszki do wina i koniaku mają nóżki różnej długości?
W zależności od rodzaju wina podajemy je schłodzone do odpowiednich temperatur.
Im wino białe słodsze, tym bardziej winno być schłodzone, im starsze, tym bardziej jego temperatura winna być zbliżona do temperatury piwnicy. W niskiej temperaturze 0-5°C smak wina zostaje stłumiony. Często schładza się je do tak niskiej temperatury, aby zamaskować jego wady.
Najprostsza zasada: wina czerwone – serwujemy w temperaturze pokojowej, ale jak mawia Robert Makłowicz „Owszem to prawda, ale w temperaturze pokojowej sprzed epoki grzejników”, czyli 16-18 °C. Wina białe traktuje się nieco inaczej. Najlepiej smakują w niższej temperaturze 7-10°C. [9]
W kieliszku wino szybko się ogrzewa, dlatego trzymamy go za nóżkę, żeby jak najdłużej pozostawało schłodzone.
Inaczej jest z „koniakówkami” Tego typu kieliszki charakteryzują się pękatym, zwężającym się ku górze kształtem czaszy (przekłada się to na koncentrowaniu aromatu alkoholu w górnej części szkła), która osadzona jest na krótkiej nóżce. Podczas spożywania napoju kieliszek powinien być układany w dłoni, co powoduje ogrzewanie alkoholu, wydobywając tym samym głębię aromatu. Szeroka czasza kieliszka umożliwia również mieszanie napoju w szkle, co powoduje napowietrzanie oraz wyzwalanie zapachu trunku. [10]
16. Napowietrzanie wina
Służy do tego aerator, czyli specjalne urządzenie do napowietrzania wina, przed jego podaniem. Pozwala to na wydobycie prawdziwego smaku i aromatu tego trunku.
Aerator pozwala obniżyć ciśnienie przepływającego przez przewężenie wina, dzięki czemu powietrze zostaje zassane i w idealnych proporcjach wymieszane z winem.
Warto także zobaczyć wykład Michała Krupińskiego o fizyce mocniejszych alkoholi i efekcie ouzo zaprezentowany podczas Szortów Naukowych. Więcej o efekcie ouzo w artykule tego autora pt. „Odrobina mocniejszej fizyki” pod adresem: http://fiztaszki.pl/node/76
Uwaga:
Oczywiście są to propozycje ciekawego zastosowania fizyki dla dorosłych! Jeśli chcemy zademonstrować te doświadczenia dzieciom to np. zamieniamy wodę np. w kolorowy napój, wszelkie puszki po piwie zamieniamy na puszki po różnych napojach gazowanych, a stojak wykonujemy do butelek z sokami.
Autor: Krystyna Raczkowska-Tomczak
Literatura:
[1]. http://thebeervault.blogspot.com/2011/10/piana-jak-smietana-o-guinnessie-azocie.html
[2]. http://pl.wikipedia.org/wiki/Widget_(piwo)
[3]. http://ilyam.org/Feb_13_2007_IM_IYPT_Foam_Physics_RPPS.pdf
[4]. Bdinková Věra, Výměna kapalin, Přeměna vína na vodu https://vnuf.cz/sbornik/prispevky/14-03-Bdinkova.html
[5]. Veletrh nápadů učitelů fyziky – https://vnuf.cz/sbornik/odkazy/index.html
[6]. Jan Gaj, Wiedza i Życie, Laboratorium Wiedzy i Życia – Jak zamienić wodę w wino? http://archiwum.wiz.pl/2001/01074600.asp
[7]. Michał Krupiński; Ryzyk fizyk, „Co robi bąbelek w piwie?”, Wydawnictwo Feeria Science, Łódź 2018, s.189-215
[8]. Mick O’Hare, Skamieniałości z chomika. Zrób to sam, Insignis Media, Kraków 2011
[9]. https://winokat.pl/2019/08/w-jakiej-temperaturze-serwowac-wino/
[10]. https://drinkmixer.pl/typy-i-rodzaje-szkla-do-drinkow-i-cocktaili/
Filmy:
[1]. Zamiana wody w wino http://www.youtube.com/watch?v=ErYFcQoN5Sk – własny
[2]. Zamiana wody w wino 2 http://www.youtube.com/watch?v=Gia1HzkdTlk
[3]. Jak zamienić miejscami wodę z winem? http://www.youtube.com/watch?v=l8hUzQpZ-e4
[4]. Kawitacja http://www.youtube.com/watch?v=mLIv47rp_Po
Fotografie:
http://www.twardziel.pl/rozrywka/alkohol/widget_czyli_technologia_od_guinness8217;a,330,0.html http://ilyam.org/Feb_13_2007_IM_IYPT_Foam_Physics_RPPS.pdf
http://wszystkookuchni.pl/img/5056375021b45.jpg
Pozostałe fotografie – zbiory własne
Publikowane:
[1]. Bujak B. Ociepa M. Opaska A. Raczkowska-Tomczak K. Tomalak A.; „I am Bond. Science Bond…” Veletrh Napadu Ucitelu Fyziky18, sbornik z konference, Hradec Kralove 2013, s. 223-239 http://vnuf.cz/sbornik/rocniky/
[2]. Bujak B. Ociepa M. Opaska A. Raczkowska-Tomczak K. Tomalak A.; Biuletyn Polskiego Stowarzyszenia Nauczycieli Przedmiotów Przyrodniczych; „I am Bond, Science Bond…”, Nauczanie Przedmiotów Przyrodniczych, tom 46, 2/2013, Toruń 2013, s.30-39
Prezentowane:
[1]. XIII Spotkanie Ogólnopolskiego Klubu Demonstratorów Fizyki, Poznań, 19-21.06. 2013
[2]. Konferencja dla nauczycieli fizyki „Veletrh Napadu Ucitelu Fyziky18”, Hradec Králové, 30. 8. – 1. 9. 2013
https://slideplayer.cz/slide/835798/
[3]. XX Ogólnopolski Zjazd PSNPP, Toruń 20-22.09.2013
[4]. Konwersatorium popularyzacji wiedzy, Wydział Matematyczno-Fizyczno-Techniczny Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie 20.11.2013
[5]. XIII Opolski Festiwal Nauki, Noc Nauki, 29.05-1.06.2015