Metodika

Fizika u stvarnom životu

Kako nam kokice mogu pomoći da bolje razumijemo uticaj pritiska i temperature na brzinu kretanja?

Amna Dervišagić

29.05.2020

U zrnu kukuruza leži čitava biomehanička enigma, a evolucija od zrna do pahuljice traje manje od 90 milisekundi.

Ilustracija: annca / Pixabay

Lako bi se moglo desiti da, kada završimo sa online nastavom, jednog dana na čas dođem sa providnom šerpom, tavom, roštiljem i kesom kukuruza za kokice kako bih, pržeći ih, objasnila osnovne relacije između pritiska, zapremine, temperature i brzine kretanja molekula! Na ovo me inspirisala Amina Fazlić, učenica trećeg razreda gimnazije, koja mi je početkom maja poslala video od nekoliko sekundi. Naime, ne mogavši odgonetnuti šta se događa u videu, priupitam je šta je to, a ona mi odgovori da ju je zanimalo kako izgleda pretvaranje zrna kukuruza u kokicu u slow motion opciji.

Prvo sam se sjetila svog dječijeg pitanja zašto kokice skaču iz posude, na šta su mi roditelji odgovarali da im je vruće... a onda kolika je razlika između dječije začuđenosti i naučnog objašnjenja, odnosno nastavničke odgovornosti u podučavanju i objašnjavanju!

Odlučila sam da zajednički odgonetnemo kakve sile tjeraju zrno kukuruza da se pretvori u različite modele i oblik kokica. U tom zrnu kukuruza leži čitava biomehanička enigma, a evolucija od zrna do pahuljice traje manje od 90 milisekundi.

Amina, divna ideja! Idemo zajedno proučiti da li svako zrno puca nakon istog vremena, da li oblik zrna ima veze sa načinom formiranja pahuljice, kakve veze s tim ima vlaga u zrnu kukuruza!

Zrno kukuruza građeno je od perikarpa, klice, endosperma i drške zrna. Ovdje nas zanima endosperm, koji je sačinjen od škroba pakiranog u granule, a sadrži oko 14% vode. Dok su zrnca sjedila u vrućem ulju, ta je voda počela isparavati, pretvarati se u paru.

Svrha ljuske kukuruznog zrna je, čini se, da izdrži napad izvana, ali sad je morala izdržati unutrašnju pobunu i ponašala se poput mini kuhala pod visokim pritiskom: molekule vode koje su se pretvorile u paru bile su zarobljene unutra, a vruće molekule brže se kreću i nigdje se nisu mogle osloboditi. Tako se unutra povećavao pritisak, a kako vanjska ljuska zrna kokičara može izdržati ovaj stres samo do određene tačke, kada se temperatura iznutra približila 180° C i pritisak postao gotovo deset puta veći od normalnog – začulo se prvo tupo pucanje u tavi, koje nakon nekoliko sekundi zvuči kao mini mitraljez. Do tog trenutka fiksna količina vodene pare je ograničena, a pritisak se povećava kako raste temperatura. Tada počinje eksplozivno da se širi, sve dok se pritisak unutra ne podudari s pritiskom vani. Prvo što će se pojaviti iz probijene ljuske je struktura u obliku noge, koja dolazi u dodir s površinom posude i uzrokuje skok kukuruza u rasponu od nekoliko milimetara do nekoliko centimetra. Par milisekundi kasnije zrnce se oblikuje u spužvastu pahuljicu: kompaktni sluzavi dio iznutra postaje ekspanzivna bijela pahuljasta pjena koja se hladi i stvrdnjava.
Desi se da ne puknu sva zrna. Ako je jezgra previše suha, tada nema dovoljno vode u njoj da se poveća pritisak potreban za pucanje opne. Bez ove eksplozije nejestivi kukuruz ostaje nejestiv.

Ako se vratim na fiziku – ovi procesi pripadaju oblasti gasnih zakona i odnosu pritiska i temperature... Udžbenik koji koristim je Fizika 2, izdavača Sarajevo Publishing iz 2003. godine, a napisali su ga renomirani stručnjaci fizičkih znanosti, među kojima je i akademik Vladimir Paar. Ako bih iz ugla đaka komentarisala ovaj udžbenik, imala bih dva moguća zapažanja. Jedno je da se u knjizi nema šta naučiti, odnosno da su nabrojani samo najosnovniji zakoni koji se moraju usvojiti. To vjerovatno misle učenici koji baš i ne vole da uče. Drugo zapažanje bilo bi da je udžbenik nevjerovatno dosadan i suhoparan i izrazito demotivirajući, što vjerovatno misle učenici koji vole da istražuju i otkrivaju zanimljivosti i naučne činjenice, kakvih je, nažalost, znatno manje nego ovih prvih.

 

 

U ovom udžbeniku, osim sadržaja lekcija i dodatnih sadržaja nakon pojedinog poglavlja, te umetnute sličice uz gornji ili donji rub stranice o pokusu vezanom za materiju, uz detaljno objašnjenje aparature, načina izvođenja eksperimenta i slično, gotovo da nema konceptualnih primjera iz svakodnevnog života (govorim o dijelu koji se tiče ove teme).

Ali, ako govorim o udžbenicima iz ličnog ugla, odavno sam shvatila da sve ovisi o učitelju, njegovom znanju i sposobnosti prezentacije materijala.

Da se vratim pritiscima i toploti... Francuski istraživač i pronalazač Denis Papin 1679. godine izumio je svoj parni lonac, odnosno zatvorenu posudu s čvrsto prianjajućim poklopcem koji zadržava paru sve dok se ne stvori visoki pritisak. Sigurnosni ventil spriječio je eksploziju, a primjećujući kako zatvorena para u njegovom štednjaku ima tendenciju da podigne poklopac, Papin je zamislio korištenje pare za pogon klipa u cilindru, što je osnovni dizajn za rane parne motore. Nikada nije napravio vlastiti motor, ali jeste pretis-lonac.

E sad – da li je moguće kokice napraviti u pretis-loncu – nikad nisam probala, ali mislim da to nije dobra ideja. Naime, smisao iskakanja kokica je da ih zagrijavate unutar njihove tvrde ljuske dok se unutarnji tlak ne povisi toliko da ljuska pukne, oslobađajući škrobnu tekućinu kao pjenu. Potrebno je povećati pritisak unutar jezgre, a ne s vanjske strane kokice. Dakle, uvođenje visokog tlaka izvan jezgre je kontraproduktivno. To će sigurno rezultirati s više prljavštine, a teorija predviđa da rezultat eksperimenta neće biti dobar. Zašto biste uopće htjeli kokice iz pretisa, kad njihova priprema ne traje dugo.

Postoji još nešto vezano za kokice, a izuzetno je važno za mijenjanje prehrambenih navika – kokice iz mikrovalne pećnice i potrošačka dilema da li su zaista opasne, ili je to samo mit i podmetanje straha?

U principu, cilj je isti – zagrijati vodu unutar kokice do 180° C kako bi jezgra eksplodirala. Jedan način je zagrijavanjem u tavi, u kojoj se zrno grije izvana, a drugi način je djelovanjem mikrotalasa direktno na molekule vode u jezgri kokice.

Kao što naziv govori, mikrovalne pećnice koriste mikrovalno zračenje frekvencije od oko 2,4 GHz. Stvaraju se u uređaju zvanom magnetron.

Mikrovalovi najbolje djeluju na molekule vode tako što ih zarotiraju! Kako se molekule vode rotiraju, nailaze na druge molekule koje ih okružuju, sudaraju se s njima i sveukupan rezultat je zagrijavanje vode! Sve to uzrokuje da se molekule vode u svakoj jezgri kreću brže, vršeći veći pritisak na jezgru kokice dok ona ne eksplodira. Svaka vrećica obložena je aromama, pa kad zrno ispadne, pogodi bočnu stranu vrećice i premaže se aromom. Upravo to bi moglo predstavljati opasnost za zdravlje. Naime, vrećice kokica za mikrovalne pećnice obložene su hemikalijama (PFC) kako bi se spriječilo istjecanje masti. Ipak, kao odgovor na zabrinutosti zbog PFC-a, američka Uprava za hranu i lijekove (FDA) radila je sa proizvođačima kokica još 2011. godine na uklanjanju ovih hemikalija iz ambalaže, tako da današnja mikrovalna kokica nema te hemikalije s tim da je nepoznato da li je ovo urađeno sa kokicama za mikrovalnu svih proizvođača.. Ali, kritičari kažu da bi zamjenski agensi mogli biti jednako problematični kao stari, a o njima se manje zna. To, međutim, nije jedini problem. Hemikalija koja je desetljećima poklanjala okus kokicama – diacetil – također je u nekim slučajevima povezana sa oštećenjima pluća. Postoji studija iz 2007. godine, objavljena u časopisu Critical Reviews in Food Science and Nutrition, u kojoj je istraženo sedamnaest vrsta kokica za mikrovalne peći. E sad, iako je i diacetil uglavnom uklonjen iz većine proizvoda, neki kritičari tvrde da je zamjenska hemikalija također štetna. Zato prije kupovine pročitajte naljepnice za kokice u mikrovalnoj pećnici i tražite one BEZ umjetnih aroma, konzervansa, transmasnih ili hidrogeniranih ulja, bez glutena i hemijskih dodataka. I da, stručnjaci preporučuju barem malo pričekati da se vrećica ohladi kako biste smanjili potencijalno štetna izlaganja hemikalijama.

Najnovije

Izvanučionička nastava

Đaci bolje razumiju i više nauče

Maksuda Muratović

Nauka i umjetnost u funkciji razvoja đaka

Lov na svjetlost ili svjetlopis trebao bi biti dio nastave

Amna Dervišagić

Nastava u vrijeme pandemije

Obrnuta učionica kao rješenje

Maksuda Muratović

Dan asteroida

Uloga grupe Queen u podučavanju fizike

Amna Dervišagić

Googlanje umjesto razmišljanja

Ima načina da se đaci potaknu da misle, samo treba vremena i truda

Maksuda Muratović