Çocuklara kimya deneyi yapalım mı dediğimde çok sevindiler. Ümit kimya olduğu için, Serkan da gaz ocağıyla oynama şansı bulabileceği için. Gaz ocağı tehlikeli bir alet ama, kullanım kılavuzuna göre alevin sıcaklığı 1700 dereceye kadar çıkabiliyormuş. Ayrıca yanlış muhafaza durumunda patlama riski de var. Öleceksek açık havada ölelim dedik ve deneyi bahçede yapmaya karar verdik.
Kalsiyum hidroksit (sönmüş kireç, kireç sütü ve kireç kostik adlarıyla da biliniyor) suda oldukça az çözünen beyaz bir toz. 100 mililitre suda (20 derecede) sadece 0.17 gram toz çözünebiliyor. Deneyi okuduğum yerde daha kolay çözmek için tüpü gaz ocağında ısıtmamı diyordu, ben de öyle yaptım ama aslında bu tozun çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalmakta. Heralde ısıtma aşamasında sadece büyükçe toz parçaları kırılıp suda daha kolay dağıldığından bana daha iyi çözünmüş gibi geldi.
Erlen (Erlenmeyer, Erlenmeyer flask) içine 150 ml kadar su koyup çay kaşığının ucu ile çok az toz ekledim. Toz parçaları iyice kaybolana kadar ısıtıp karıştırdım. Bir iki dakika sonra çözeltim hazırdı. Sonra pipet yardımıyla suyun içine üflemeye başladım. Bir süre sonra su bulanıklaşmaya başladı. Bu bulanıklaşma ortamdaki karbondioksiti gösteriyor, yani suya üflediğim havanın içinde karbondioksit varmış.
Bu olay esnasında oluşan tepkime şöyle:
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
CaCO3 (Kalsiyumkarbonat) da su da çok daha az çözündüğünden bir katı asıltı (süspansiyon) oluşuyor ve bulanıklık oradan geliyor. Eğer erlen içindeki çözeltiyi içine üflemeden öylece bıraksaydım da havadaki karbondioksit yüzünden bir süre sonra aynı tepkime yine olacaktı.
Aşağıdaki videoda hazırladığım çözelti ile üfleme sırasında bulanıklaşma görülebilir.
“Alüminyum ve demirin yoğunlukları neden öyle farklı. Demir atomu alüminyum atomundan yaklaşık iki kat daha ağır ama yoğunluğu neredeyse üç katı. Bu farkı açıklayınız.”
Birkaç gün sonra da Ümit kendisine aldığım kimya kitabını okurken aklına takılan bir şey için geldi:
“Kitapta kurşun cıvadan hafiftir diyor ama periyodik sistemde kurşun cıvadan sonra geliyor, yani daha ağır. Nasıl olur da kurşun cıvanın üzerinde yüzer?”
Periyodik cetveli Ümit gibi ezbere bilmediğimden hemen internetten baktım. Tabii ki haklıydı. Bu sefer Serkan’a anlatırken yaptığım hatayı tekrarlamak istemiyordum. Formül alıp sayıları yerine koyarak yoğunlukları bulmak kolay.
\(\rho=n\cdot{\frac{A_r\cdot{u}}{a^3}}\)
\(n\): her hücrede kaç atom olduğunu belirtiyor. Elemente göre değişiyor, çünkü krital yapıları farklı.
\(A_r\): Elementin atom ağırlığı, genellikle periyodik cetvellerde veriliyor
\(u\): atomik kütle birimi = \(1.660539040\cdot{10^{-17}} kg\)
\(a\): kafes sabiti.
Bunları kağıt üzerinde çizimlerle anlatmak işe yaramamıştı, bu sefer başka bir deneme yapayım dedim.
İlk önce yoğunluğu kısaca tanımladım. Maddenin bir santimetreküpünün kütlesi. Sonra bir santimetreküpte ne kadar kütle olduğunu adım adım anlatmaya çalıştım. Atomların kristal içinde çeşitli şekillerdeki kafesler içinde yan yana üst üste dizili olduğunu filan söyledim. Sonra bir santimetreküpe kaç tane kafes sığacağına baktık. Şansıma, özellikle Serkan’ın örneklerinde, kristal yapıları küp şeklinde kafeslerden oluşuyordu. Cıva uygunsuz bir örnekti ama bunu laf oyunlarıyla geçiştirmeyi başardım. Ödevde zaten özellikle küp şeklinde kafes yapıları seçilmiş. Bu durumda kafes sabiti denen değer bu küpün bir kenarının uzunluğu oluyor. Bir santimetreyi bu mesafeye bölünce bir boyutta kaç tane kafes olduğunu buluyoruz. Bu sonucun küpünü aldığımızda üç boyutta toplam kaç kafes olduğunu buluyoruz. Yukarıdaki formülde kesirin altındaki ifade bunun için var.
Bir santimetreküpte toplam kaç atom olduğunu bulmak için bir kafeste kaç atom olduğunu bulmak yeterli. Konuşmalarımızda en zor kısım da bu oldu. Çocuklarda ya üç boyutlu düşünme zorluğu var ya da bu yaşta normal bir durum. Serkan’a çizerek anlatmıştım ama Ümit’e küpler alarak denedim. Yine de zor. Küpün köşesindeki bir atomun o kafes için 1/8 atom ettiğini görmek çok zor geldi. Bunun üzerine daha iyi modeller yapmayı düşündüm.
İlk modelleri kürdanlarla yaptım ama bu çok zor geldi. Küpün tabanını ve üstünü tam kare halinde üstüste getirmek çok zor geldi.
Bundan sonra bir hobi dükkanından ince 2×2 mm proflli ıhlamur çubuklar aldım. Bunları kare ya da benim durumumda dikdörtgen (bütün parçaları eşit uzunlukta kesip taktığım için) şeklinde birleştirmek çok daha kolay oldu. Kafesin kenarlarını az tutkalla yapıştırmak yetti. Köşelerdeki atomları da top şeklindeki sentetik köpük malzemesinden kolayca kesip yine tutkalla yapıştrdım. Bu şekilde sadece köşelerde atomlar olan kristal kafesini çabucak yapabildim. Bu kristal şöyle oldu.
n = 1 (Bu kafeste toplam 1 atom var)
Ardından da küpün yüzlerinde de atomlar olan başka bir kafes modelini yaptım. Yüzlerdeki yarım atomları köşegenleri birleştirdiğim beyaz dikiş iplerine tutkalla yapıştırdım. Bu modeli de aşağıdaki fotoğrafta görebilirsiniz.
n = 4 (Bu kafeste toplam 4 atom var)
Son olarak temel modellerden küpün merkezinde bir atom olan model kaldı. Onu da zaman bulunca deneyeceğim.
Ek: Sonunda planladığım son modeli de yaptım. Bunun için ilk denemelerde yapmış olduğum kürdan kafesi kullandım, bu yüzden kenarlar biraz yamuk ama yeterli. Merkezdeki topu kafesin içine koyduktan sonra bir iğne ile ipi önce köşedeki bir atomdan sonra merkezdeki toptan en sonunda da karşı köşedeki atomdan geçirip tutkalla yapıştırdım. Bu işlemi iki köşegen için yapınca merkezdeki atom da yeterince iyi duruyor. İğne ile delik açarken elime bir şey olmasın diye kalın ve sivri olmayan bir iğne kullandım ama bu durumda da atomları yaptığım malzeme zedelendi. Sağ alt köşedeki atomun yüzeyindeki ipin çıktığı yerdeki tümsek bu zedelenmeden kaynaklandı.
Stroop etkisini basit bir şekilde gözlemlemek için küçük bir program yazdım.
(Wikipedia'dan alıntı) Stroop etkisi. John Ridley Stroop'un 1935 yılında geliştirdiği
üç kısımdan oluşan bir bilişsel kontrol testi.
Bir rengin adı (örneğin, "mavi," "yeşil," ya da "kırmızı")
farklı bir renkle yazıldığında (örneğin "kırmızı" kelimesi kırmızı renkle değil
mavi kalemle/renkle yazıldığında) kelimenin rengini saptama isleminin daha fazla
süre aldığını ve aynı renkle yazılması durumuyla karşılaştırıldığında daha fazla
hata yapıldığını belirtmektedir. Bu okuma ve okuma sonucundaki anlama isleminin
otomatik ve daha hizli olarak gerceklesmesinden kaynaklanmaktadir. Renk saptama islemi
ise okuma kadar otomatiklesmis bir islem degildir.
Aşağıdaki linke basılarak oynanan oyunda amaç basit: Büyük kutudaki yazının rengini aşağıdaki seçeneklerden mümkün olduğunca çabuk seçmek. Oyun iki değişik soru seçiyor. Birinde kutudaki rengin adıyla rengin kendisi aynı. Diğerinde ise bu ikisi de farklı. Stroop etkisine göre ikisinin farklı olduğu durumda beynimizin doğru rengi bulması biraz daha uzun sürmeli.
Kutunun üstündeki kutularda o ana kadarki bazı istatistiki bilgiler var. Sol tarafta renkle yazının aynı olduğu soruların bilgileri, sağ tarafta da farklı olduğu durumdaki sonuçlar gösteriliyor. Doğru ve yanlış cevaplar ayrı ayrı sayılıyor. Toplam ve ortalama süre de sadece o kısımda verilen doğru cevaplar üzerinden hesaplanıyor.
Çocuklar şu sıralar okulda ışığın kırınımını filan öğreniyorlar ve çalışırken hep aynı soruları soruyorlar. Işığın bir sonraki ortama giriş açısını nasıl hesaplarız? Tabii ki trigonometri bilmedikleri için Snell yasasını anlatamıyorum. Ben de bu eksikliği kapatıp biraz daha ele gelir (aslında daha çok görünür) bir gösteri deneyi yapmaya karar verdim.
Deney için aşağıdaki araçları kullandım:
Su tankı (doluyken tiramisulu dondurma kutusuydu)
Küçük bir lazer gösterici (kırmızı)
Lazer göstericiyi sabit tutabilmek için masamda bulduğum bir düzenek
Su tankında ışığın kayması daha kolay görülsün diye bir cetvel yardımıyla basit bir skala işaretledim. Sonra tank boşken lazer 3 cm işaretine gelecek şekilde düzeneği ayarladım. Sonra kaba su ekledikçe ışığın tankın dibinde ulaştığı noktanın eski noktadan ne yönde uzaklaştığını gözlemledik. Ayrıca ışığın su yüzünde hem kırıldığını hem de yansıdığını da gördük. Aşağıda deneyden bazı fotoğraflar görebilirsiniz.
Tank boşken ışının düştüğü nokta
Bir miktar su ve ışık geriye doğru kırılmış
Biraz daha fazla su, biraz daha fazla kayma
Neredeyse tamamen su dolu ve ışık daha da geriye kaymış.
Işığın bir kısmı kırılırken, bir kısmı da su üzerinden yansıyıp kağıda düşüyor
2017’nın ziyaretçiler için açık son gününde çocuklarla Mannheim’daki teknik müzeye (Technoseum) gittik. Eskiden sadece dört temel sergiden (Dokuma, kağıt üretimi ve trenler ve bilimsel/teknik araç gereçler) oluşan müze yıllardır çocuklar ve çocuk kalanlar için fizik ve matematik bölümleriyle de geliştirilmiş. Fotoğraf makinemin ve telefonumun hafızalarını çabucak tükettiğim için her şeyi çekemedim ama etkileyici bulduğum parçaları bu yazıda toplamak istedim. Tarihi bilimsel araçlar için de ayrı bir yazı hazırlamayı düşünüyorum.
Önerilen plana göre gezimize en üst kattan başladık. Kartondan model inşa eden amcaların sergisine kısaca baktık.
Ardından ilk durağımız olan fizik deneylerine geldik. Girişte makara sistemlerinde hava atmaya kalkarken 20 kg’lık çuvalın çocuk oyuncağı olmadığını fark ettik.
İki adım sonra kesinlikle görmeyi planladığım vakumda serbest düşme deneyi vardı. Aşağıdaki videoda deney düzeneğini görebilirsiniz. Soldaki ölçü aleti tüp içindeki hava basıncını gösteriyor. Sağdaki kırmızı düğmeye basıldığında tüpteki hava yavaş yavaş boşaltılıyor ama tabii ki tam vakum oluşmuyor. Tüpün içinde vakumdan başka bir adet plastik top, bir de tüy var. Videonun ilk kısmında iki cisim de tüpün ortasına kadar aynı hızda düşüyorlar. Sonra tüy kenarlara çarpmaya başlıyor ve zaman kaybediyor. Sonra ben tüpü daha yavaş başlangıç konumuna getirmeye çalışıyorum ki top ilk anda haksız bir avantaj elde etmesin ama bunu da pek başaramıyorum. Belki bu deney düzeneği üzerinde biraz daha çalışılsa çok daha başarılı bir deney olabilir. En azından büyükler için, müzede bu deneye ilgi gösteren hiçbir çocuk görmedim.
Bundan sonra gittiğimiz deney istasyonu oldukça basit ve küçük çocuklar için bir o kadar da şaşırtıcı bir masaydı. Küçük çocuklar için uygun olmayan tek şey çevrilmesi gereken kısmın biraz güç istemesiydi. Bunun dışında bence sıvının rengi de güzel seçilmiş.
Bu masanın arkasındaki duvarda da zekice planlanmış bir dişli deney ortamı vardı. O dişlilerden sadece üç tanesi duvara sabitlenmiş durumdaydı, diğer hepsi mıknatısla tutturulmuştu, yani deneyi yapanlar bu dişlileri istediği yerlere koyabiliyordu. Bu sistemin tek zayıf tarafı, videoda da görüldüğü gibi büyük dişlilerin ağırlığı nedeniyle aşağıya kaymasıydı. Daha küçük ya da daha hafif dişlilerle bu deney istasyonu harika olabilirdi ki bu haliyle bile oldukça başarılıydı.
Daha sonra eylemsizlik momenti ile ilgili çok basit ama güzel bir deney vardı. Burada aynı ağırlıkta ve aynı ağırlık merkezine sahip iki silindir şeklinde cisim yuvarlanıyor ve hızlarının farkı gözlemlenebiliyor. Kütlesinin dağılımı kütle merkezine yakın olan silindir diğerinden daha hızlıydı. Videoda bu deneyi görebilirsiniz.
Ardından birçok doktorun masasını süsleyen bir oyuncağın büyük boyutlusuyla oynadık. Fiziğin simetri anlayışı gerçekten de çok güzel.
Işık ve aynalarla ilgili güzel bir deney istasyonu da vardı. Bir sıra lazer işaretçi ile paralel ışınlar yapılmış ve bu ışınların düz ve içbükey aynalardan yansımaları çok güzel izlenebiliyor. Bu deneyde aynalar cam yerine metal şeritlerden yapılmış ama lazer bu yüzeylerden de oldukça güzel yansıyor. Bir başka ilginç fikir de birbirine iplerle bağlı küçük aynalardan (bunlar gerçekten cam) oluşan bir şeritti. Esnek yapısı sayesinde çok değişik şekillerde aynalar düzenlenebiliyorlar ve çeşitli şekillerdeki aynaların aslında bu şekilde küçük aynaların toplamı şeklinde düşünülebileceği görülebiliyor. Tabii küçük çocukların bu tür yaklaştırmaları anlamaları pek kolay bir şey değil ama oldukça başarılı bulduğum deneylerden biriydi. Biz bu ayna şeridini içbükey ayna gibi dizip benzer bir yansıtma performansı sağlamaya çalıştık.
Döner tabla üzerinde yuvarlanan cisimler ise her yaştan ziyaretçinin ilgi odağıydı. Çocuklar rastgele oynarken büyükler artistik figürler sergilemekle meşguldü.
Daha sonra alt kattaki deney istasyonlarına geçtik. Burada konular daha çok hareket, elektrik ve manyetizmaydı. Ne yazık ki yanımdaki kartlar dolmak üzere olduğundan artık çok daha az çekim yapabildim. Bu katın en merak ettiğim deneyi tabii ki cayroskoplu çantaydı. Bu çantanın özelliği içinde sürekli dönen bir cayroskop olması. Çantayı elinize aldığınızda zaten bu dönme hareketini hissedilir bir titreşim şeklinde fark ediyorsunuz. Asıl sürpriz ise çantayla hareket etmeye, özellikle dönmeye başladığınızda ortaya çıkıyor. Çanta doğru durmuyor ve kafasına (fiziğe) göre hareket ediyor yani saat yönünün tersinde dönerken yukarı doğru kalkmaya çalışıyor. İzleyelim.
Performans olarak çok başarılı bulmasam da fikir olarak çok beğendiğim başka bir istasyon da mıknatıslar kısmıydı. Manyetik alan çizgilerini görmek (yönleriyle beraber) için çok sayıda küçük pusulalar kullanılmış. Bu düzeneği kurmanın ucuz bir yolunu bulursa ben de bir tane yapmak istiyorum. Müzede zayıf bulduğum şey mıknatıslardı ama onların da zayıf olması gerekiyordu aslında. Şöyle açıklayayım. Zayıf mıknatıslar ile oluşan alan küçük ve zayıf olduğundan pusulalarda çok net bir şey görülmüyordu (videoda). Güçlü bir mıknatısta bu alan çizgileri çok net görülebiliyor ama (aşağıdaki resimde olduğu gibi). Peki neden güçlü mıknatıslar alınmamıştı? Tabii ki güvenlik nedeniyle. Eğer videodaki ferrit mıknatıslar neodym gibi güçlü mıknatıslar olsaydı, mıknatıslar birbirlerini çok şiddetli çekeceğinden ziyaretçilerin ellerinin bu çarpmalar sonunda ciddi bir şekilde ezilme riski olacaktı.
Sadece fizik deneyleri yoktu tabii ki. En başta da belirttiğim gibi matematik oyunları da vardı. Bu bölümde iki şeyle ilgileniyordum. Biri toplumumuzun orucu ne bozar sorusundan sonra en çok ilgilendiği şey olan π’yi kaç alalım sorusuydu. Aşağıdaki videoda bunu yapmak için bir dairenin alanı ile bir paralelkenarın alanları yaklaşık olarak eşit alınıyor. Detaylara girmeye gerek yok heralde.
Diğer ilgilendiğim şey de tahtadan yapılmış hesap makineleriydi. Bir tanesinin videosunu çektim ama henüz nasıl işlem yaptığını çözemedim. Sanırım müzeye tekrar gitmem gerekecek.
En alt kattaki sergi salonunda ise daha çok çevreyle ve gelecekle ilgili istasyonlar vardı. Robotlar, doğada matematik, duyu organlarımız gibi konular işlenmişti. Burada ilgimi çeken şey ise bulut odasıydı. Çevremizdeki radyasyonu, evet radyoaktif ışımalar her yerde mevcut, görünür hale getiren bir araç. Parçacıklar bunun içinden geçerken aynı jet uçaklarının havada bıraktığı ize benzer izler bırakıyorlar. Kısa süre de olsa bu izler çıplak gözle görülebiliyor. Hatta ize bakıp parçacığın türü de söylenebiliyor ama ben bu kadarını beceremiyorum.
Son olarak da “The Ultimate Machine” turun bittiğini bildiriyor.
Bir süre önce tekrarlı tutsak ikilemi oyunuyla ilgili yazılar okuduğumda bilinen en iyi çözümlerin de zaten insanların çoğunlukla kullandığı davranışlar olduğunu görüp şaşırmıştım. Demek ki evrim bu problemi bir şekilde çözmüş diye düşündüm. Bunun üzerine kafamda bu oyunları internet ortamında programlama projesi belirdi. Bu sayede hem oyunları anlayabilecek hem de HTML5 öğrenebilecektim. Bir taşla birden fazla kuş! Neden olmasın?
Tabii ki bu projeye hemen yukarıdaki oyunla başlamadım. John Maynard Smith’in Evolution and the Theory of Games adlı kitabını alıp okumaya başladım. Önce sadece oyunu programladım. Sonra anlaşılırlığı nasıl artırabilirim diye düşünmeye başladım. Sonra ara adımları göstermek için javascrip animasyon kütüphaneleri kullanmaya başladım. Bu aşamada bana oldukça yardımcı olan Ersin Başaran’a da teşekkürü borç bilirim.
İlerideki yazılarda hazır (?) olan simulasyonları açıklayıp nasıl kullanılacağını anlatacağım. Programların tamamen bir internet tarayıcı içinde çalışmasına uğraşıyorum. Çıkan sorunları ve değişiklik önerilerini bana bildirirseniz sevinirim.
Malzemeler: Kahve filtre kağıdı, çeşitli renkli kalemler (tükenmez, ispirtolu), su
Deneyin yapılışı:
Başlangıç durumu.
İki değişik siyah renkle alt kenardan eşit uzaklıkta iki işaret koydum. Başka renkli kalemler de kullanılabilir tabii ki. Ondan sonra kağıdın alt tarafını içinde bir miktar su olan bir kaba daldırdım. Kağıt suyu daha yavaş emsin diye kağıdın sadece ucunu suya soktum. Böylece boyalar daha az dağılıyor.
Su kağıdın tepesine ulaştığında aşağıdakilere benzer şekiller oluştu.
solda Faber-Castell permanent sağda stabilo siyah mürekkep
solda ucuz bir siyah mürekkep sağda kurumuş edding siyah kaligrafi mürekkebi
solda ucuz bir siyah mürekkep sağda henüz kurumamış edding siyah kaligrafi mürekkebi
Birinci deneyden Stabilo kalemlerdeki siyah rengin aslında bir kaç rengin karışımından meydana geldiğini görebiliyoruz. Soldaki permanent kalemin kullandığı boyanın ise kağıda tamamen yapıştığını ve suda çözülmeyerek hiç hareket etmediğini görüyoruz. Bu nedenle bu kalemleri suyla silemiyoruz.
İkinci deneyde solda başka bir ispirtolu boya ile kaligrafi kalemini karşılaştırdım. Kaligrafi mürekkebi kuruduktan sonra kağıda tamamen yapıştığından hiçbir hareket gözleyemedim. Bu nedenle üçüncü deneyde bu ikiliyi tekrar karşılaştırdım ama bu sefer kaligrafi mürekkebi kurumadan kağıdı suya daldırdım. Görüldüğü gibi kaligrafi mürekkebi diğer mürekkebe göre çok daha az pigmentten meydana geliyormuş.
Bu olayın açıklaması ve daha ciddi uygulamaları bu linkte anlatılıyor. Kısaca bir pigment suda ne kadar iyi çözünürse o kadar yukarı çıkabiliyor.
CaCO3 + H2O
