Pokusy s vejci

Jitka Brockmeyerová-Fenclová, Zdeněk Drozd

Pokusy s vejci budí většinou velkou pozornost. Každé dítě vejce už někdy vidělo, mělo je v ruce a rozbilo je. Každý ví, co je uvnitř vejce, ať už je syrové nebo vařené. Většina lidí má také nějakou představu o kvočně a kuřeti. Jeden důvod pozornosti je proto ten, že vejce je něco zcela známého, dostupného a přímo spojeného se životem. Každý však také ví, že se s vejcem musí opatrně zacházet. A to je druhý důvod zvýšené pozornosti a jistého napětí posluchačstva při pokusech.

Pokud bychom chtěli vytvářet definice do učebnic (abychom měli co zkoušet) mohli bychom stvořit například toto:

Vejce je rotační těleso oválného tvaru symetrické pouze podle podélné osy. Jeho zaoblení s nejmenším poloměrem křivosti se také říká špička vejce. Pod vápnitou skořápkou je blána, která drží pohromadě bílek, v němž je umístěn žloutek. Žloutek je připevněn k bláně spirálami ze zhuštěného bílku v místech jejich průsečíku s osou. Poloha žloutku je vždy taková, aby zárodečný terčík vejce byl nahoře. Na širším konci vejce, kde blána nepřiléhá zcela ke skořápce, vzniká vzduchová bublina. Její kyslík je nutný pro vývoj kuřete v oplodněném vejci.

A nyní opět vážně. Uvedeme několik námětů na pokusy s vejci.

Nakřáplé vejce

Otázka: Jak poznáme, že je ve skořápce vejce trhlina, i když ji neobjevíme očima?

Pokus: Poklepávejte vejcem v různých místech jeho povrchu na hladkou desku. Nebo poklepávejte dvěma vejci vzájemně, když je držíte a otáčíte v rukou. I neviditelnou trhlinu poznáte bezpečně změnou zvuku.

Tip: Provádějte pokusy pouze s vejci, která mají skutečně neporušenou skořápku.

Vejce na moři

Pro zajímavost jedna otázka a úvaha doslovně převzatá z díla, které již před více než třemi sty lety chtělo dělat přírodovědu zajímavou: M. Gottfried Voigt: Physikalischer Zeit-Vertreiber. Nakl. Ch. Scheippeln, Gustrow 1670.

Překlad:

Otázka: Proč klesají vejce ve studniční vodě nebo v jiné sladké vodě dolů, na mořské vodě však plavou?

Úvaha: Vždycky je jedna voda čistější a průhlednější než druhá. Nečistota však pochází od atomis různých těles, která se v ní nalézají. A když se ty shromáždí ve velkém množství a spojí se s vodou, dělají vodu stále hustší a těžší. Proto je mořská voda nejhustší a nejtěžší, vzhledem k hrubé, slané matérii, která v ní je. A právě proto na ní vejce plavou, i když naopak ve sladké vodě klesají.

Konec překladu.

Pokus ve škole: Snadno předvedeme příslušný pokus pro vejce padající, vznášející se a plovoucí při vhodných koncentracích slaného roztoku. Při příslušné úvaze používáme Archimédův zákon.

Dodatečná otázka: Můžeme padající vejce zastavit kdekoliv mezi hladinou vody a dnem nádoby?

Pokus: Nádobu naplníme roztokem soli a na něj opatrně nalijeme vodu. Vejce se na rozhraní zastaví.

Čerstvé vejce

Otázka: Můžeme poznat, zda je vejce zcela čerstvé?

Pokus: Položte vajíčko do vody v širší sklenici. Čerstvé vejce leží vodorovně, 30 dnů staré vejce stojí svisle. Stáří vejce do třiceti dnů lze odhadnout z úhlu, který podélná osa svírá se dnem nádoby.

Syrové a vařené vejce

Otázka: Jak poznáte, které vejce je vařené a které syrové?

Pokus: Vejce položte na hladkou desku a prsty je roztočte. Vařené vejce se roztočí značně rychleji než syrové. Při rychlém roztočení se vařené vejce vzpřímí na špičku.

Jiná možnost: Roztočených vajec se lehce dotkněte. Vařené vejce se zastaví, syrové bude pokračovat v pohybu.

Úvaha: Žloutek syrového vejce, který má větší hustotu než bílek, se při roztočení vychyluje ze své normální polohy. Proto je vejce nestabilní a nemůže se vzpřímit. Při krátkém zabrzdění se bílek a žloutek uvnitř syrového vejce otáčí dále a přivede vejce opět do rotace. Vařené vejce se chová jako tuhé těleso a stává se z něj setrvačník. Vzhledem k jeho tvaru je přirozená jeho snaha vzpřímit se.

Koulející se vejce

Otázka: Na nakloněné rovině spustíme ze stejné výšky jedno syrové a jedno stejně velké vařené vejce. Které bude dříve dole?

Pokus: Syrové vejce je dole dříve.

Poznámky: Vejce musí být stejně velká a přibližně stejného tvaru. Před pokusem je vhodné se syrovým vejcem zatřepat, aby se bílek uvolnil od skořápky. Syrové vejce by mělo být čerstvé, aby již nepřecházelo do rosolovitého stavu. Nejlépe je připevnit na nakloněnou rovinu pro obě vejce kolejničky. Pokus však je možno provádět s každým vejcem zvlášť a měřit příslušný čas.

Úvaha: Při roztočení obou vajec na stole, je vařené vejce rychlejší. Proč je to teď obráceně? Tento překvapivý výsledek při koulení vajec je podmíněn jejich stavbou. Obě mají na počátku stejnou energii. Ve vařeném vejci se část této energie spotřebuje na rotační pohyb, který konají všechny jeho části. V syrovém vejci rotuje při koulení pouze vnější vrstva bílku, vnitřek vejce je téměř bez rotace a koná pouze posuvný pohyb.

Pevné vejce

Otázka: Kdo rozmáčkne syrové vejce v hrsti?

Pokus: Vezměte nepoškozené syrové vejce do dlaně a ruku vložte do igelitového sáčku. Zkuste vejce rozmáčknout. Je to velmi obtížné, většinou se to nepodaří.

Úvaha: Při tvaru vejce se působící síla rozkládá rovnoměrně na celý jeho povrch. Situaci lze srovnat s rozložením síly na nosném oblouku budov. Vejce je chráněno před vnějšími vlivy a před tlakem kvočny.

Otázka: Jak se však může slabé kuřátko po 21 dnech vývoje samo vyklubat?

Pokus: Klepejte prázdnou vaječnou skořápkou na hlavičku hřebíku, nejdříve zvenčí. Skořápka je překvapivě pevná, přesto, že je tak tenká. Když však jí klepneme stejným způsobem zevnitř, rychle se rozbije. Stačí k tomu i malý kuřecí zobáček. Vejce je malý div přírody.

Náraz dvou vajec

Otázka: Rozbijí se obě syrová vejce při vzájemném nárazu?

Pokus: Vejce, zavěšená v jednom bodě na stejně dlouhých vláknech vzdálíme a pustíme. Rozbije se vždy pouze jedno vejce.

Úvaha: Skořápka vejce není ve všech místech stejně silná. Proto povolí to vejce, které bylo v místě nárazu slabší.

Bílek není voda

Otázka: Jak se při roztočení změní povrch vody ve sklenici a jak se změní povrch bílku?

Pokus: Postavíme-li sklenici vody doprostřed rotující desky, zvedá se hladina vody u vnitřní stěny sklenice. Téhož dosáhneme, zůstane-li sklenice v klidu a v její ose držíme ve vodě rotující tyč. Bílek zaujme obdobný tvar na roztočené desce, ne však při roztočené tyči. Bílek bude stoupat podél tyče vzhůru.

Úvaha: Na bílek také jistě působí odstředivá síla rotující tyče. Nějaká větší síla však jej vtáhne na tyč. Bílek je viskózně elastická kapalina, jejíž vrstvy se při pohybu vzájemně posouvají. Při rotaci vznikají v různých vrstvách napětí na obvodu kruhové dráhy. Jimi je kapalina přitahována do středu. Tyto síly nevznikají v normálních Newtonovských kapalinách. Bílek není voda.

Létající vejce

Otázka: Umíte přenést vejce z jedné skleničky do druhé, aniž byste se jej dotkli?

Pokus: Vedle sebe postavíme dvě stejné štíhlé skleničky na sekt a do jedné z nich položíme špičkou dolů vejce. Foukáme-li přímo shora na vejce, zvedne se a překlopí se do prázdné skleničky.

Poznámky: Je třeba foukat silně a krátce. Pro zacvičení je možno malou dírkou vysát asi třetinu vejce. Pro překlopení vejce změňte trochu směr foukání.

Úvaha: Vzduch vniká kolem vejce do skleničky, kde vznikne přetlak. Vzduchový polštář zvedne vejce. Pro pokus je důležitý právě tvar vejce, po jehož povrchu vzduch proudí.

Vejce v láhvi

Otázka: Jak dostaneme oloupané vařené vejce do láhve od mléka, aniž bychom je poškodili?

Pokus: Když budeme vejce do hrdla láhve zatlačovat, roztrhne se. Pomohou zápalky, nebo proužek papíru. Zapálenou zápalku (zapálený proužek papíru) hodíme do láhve. Vejce položíme špičkou do jejího otvoru a počkáme, až zápalka (papír) dohoří. Vejce se pak vtáhne do láhve „samo“.

Poznámky: Efekt je lepší a rychlejší, když láhev vypláchneme alkoholem, který pak z ní musí být zcela vylit. Je dobře mít vejce tzv. „na hniličku“, vařené asi 5 minut, které je ještě dost elastické. Vejce vařené méně než 5 minut by naopak bylo příliš měkké a pravděpodobně by se roztrhlo. Hrdlo láhve má mít průměr asi 2/3 průměru vejce.

Úvaha: Hořící zápalka ohřívá vzduch v láhvi, který se rozpíná a uniká mezi stěnou láhve a lehce položeným vejcem ven. Vejce funguje jako záklopka. Mimo to vzniká při hoření vodní pára a oxid uhličitý. Vodní pára kondenzuje při styku se stěnami láhve, oxid uhelnatý se rozpouští ve vzniklé vodě. Když zápalka dohoří, ochladí se zbylý vzduch v láhvi, vznikne podtlak a vejce je vtaženo dovnitř.

Vejce do skla

Otázka: Na sklenici leží hladká destička a na ní vejce. Jak je dostaneme do sklenice, aniž bychom se jej dotkli?

Pokus: Destičkou rychle trhneme a vejce spadne do sklenice.

Poznámky: Totéž můžeme udělat i s více vejci (např. šesti). Musíme je však na destičku položit v ochranných papírových manžetách.

Sázené vejce na létající pánvi

Otázka: Můžeme usmažit sázené vejce na pánvi, kterou nedáme na plotnu?

Pokus: Na měděné cívky položíme aluminiovou desku nebo pánev bez držadla. Protéká-li cívkami proud (dost velký), začne se pánev vznášet. Je-li v ní syrové vejce bez skořápky, usmaží se.

Výstřel na vejce

Ve třídě nutno zajistit bezpečnost žáků i učitele!

Otázka: Vystřelíme vzduchovkou na vařené a na syrové vejce a trefíme je. Jak budou po střelbě vypadat?

Pokus: Vařené vejce bude nábojem vzduchovky provrtáno. Syrové vejce se rozletí na všechny strany.

Úvaha: Stlačitelnost a šíření tlaku v kapalinách a pevných látkách.

Vybuchlé vejce

Otázka: Může se vejce zvětšovat nebo zmenšovat?

Pokus: Pomocí kyseliny octové sloupneme opatrně ze syrového vejce vápnitou skořápku. Vejce pak drží pohromadě pouze tenká blána. Když takové vejce vložíme do vody, bude se zvětšovat a během několika hodin praskne. Vložíme-li podobně připravené vejce do roztoku soli, bude se smrskávat.

Úvaha: Ve vejci je voda, soli a další látky. Blána vejce je propustná jen pro molekuly vody, ne pro částice soli. Z okolní vody pronikají molekuly do vejce, které se zvětšuje. Při vložení vejce do slané vody, je koncentrace soli vně větší a molekuly vody cestují opačným směrem. Vejce se smrskává. Jde o snahu vyrovnat koncentraci soli, osmózu.

Vejce jako nosníky

Otázka: Unesou tři syrová vejce člověka?

Pokus: Při šikovném uložení vajec mezi vrcholy dvou trojúhelníkových desek a při opatrném vstupu na horní desku, může na vejcích stát dospělý muž. Pod člověkem vážícím 90 kg se vejce po určité době přece jenom rozbijí.

Úvaha: Jev si můžeme vysvětlit na základě výsledků pokusů s pevností vajec, popsaných výše.

Literatura

[1] Fenclová, J.: Didaktické myšlení a jednání učitele fyziky. SPN, Praha 1984.

[2] Voigt, M. G.: Physikalisher Zeit-Vertreiber. Přetisk 1. vydání Rostock, Wilden, 1670. Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg, 1980.

[3] Bublath, J.: Das grose knoff-hoff Buch. W. Heyne Verlag, Munchen, 1993.