Эксперименты которые можно сделать дома: Занимательные видео опыты для детей по химии и физике

Написал в

Содержание

10 самых красивых экспериментов в истории физики

Десятки и сотни тысяч физических экспериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько «самых-самых», чтобы рассказать о них. Каков должен быть критерий отбора?

Четыре года назад в газете «The New York Times» была опубликована статья Роберта Криза и Стони Бука. В ней рассказывалось о результатах опроса, проведенного среди физиков. Каждый опрошенный должен был назвать десять самых красивых за всю историю физических экспериментов. На наш взгляд, критерий красоты ничем не уступает другим критериям. Поэтому мы расскажем об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским.

Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет примерно 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров.

Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами.

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это.

Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту. Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения.

Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова. Результаты, полученные Галилеем. — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. 

 Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=G(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной G. Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала.

Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо. Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы.

 Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

 Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой — экран.

На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей — от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света. Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный — при наименьшем. Ньютон же проделал допол¬нительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного. Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц — корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон («кольца Ньютона»), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной. Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин «электрон», обозначавший некую частицу — носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально.

В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны. Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента.

Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта «положительно-отрицательная» система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало.

Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 10-8см с плавающими внутри отрицательными электронами. В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в «рыхлом» атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома — массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см.

 

Интересная наука: детские наборы для опытов и экспериментов

Познаем мир безопасно: наборы для опытов и экспериментов

Все дети, независимо от возраста, постоянно познают мир. Они смотрят много разных видео, читают, а потом воплощают эксперименты в жизнь. К сожалению, не все опыты гарантируют результат и оказываются безопасными на практике. Выбирать необходимо только качественные, безопасные и интересные наборы для юных исследователей! Тогда родителям не нужно будет переживать за здоровье ребенка и целостность дома.

Такие научные эксперименты можно проводить в домашних условиях вместе с родителями. Маленькие любители химии смогут увидеть взаимодействие различных химических элементов, а набор для опытов по биологии даст возможность изучить еду под микроскопом. Электронные конструкторы помогут узнать секреты механики и оптики. Малыш также сможет создавать природные явления (дождь, молнию, снег). Такие домашние опыты помогают малышу полюбить школьные уроки биологии, физики и химии.

Как выбрать наборы для опытов?

Все игрушки, не исключая наборы для экспериментов, должны соответствовать возрасту малыша. Очень важно, чтобы набор соответствовал интересам и увлечениям ребенка. Тогда игра в ученых точно не оставит никого равнодушным!

Цена зависит от количества возможных экспериментов, сложности, аксессуаров, тематики исследований. В каждом наборе есть необходимые ингредиенты и составляющие опытов. Все наборы содержат подробные инструкции с мерами предосторожности.

Самые крутые наборы для исследований

Выбор подобных развлечений и спрос на них очень большой. Поэтому я расскажу про лучшие наборы для проведения опытов

Набор для экспериментов Ranok Creative Эксперименты с мгновенным эффектом

Целых 20 увлекательных экспериментов! Этот набор позволяет проводить химические опыты в домашних условиях за считанные минуты!

Создать радугу? Вырастить гриб из пены или лес в стакане? Легко! Дети от 8-ми лет без труда смогут проводить эксперименты.

В наборе есть все необходимое: инструкция, химические элементы, пробирки, специальные инструменты и многое другое. Благодаря таким опытам у детей развивается внимание, логика и воображение. Все материалы набора безопасные для малышей и гипоаллергенные.

Цена набора около 450 грн.

Игрушка Canal Toys Slime Фабрика Слаймов

Нынешние малыши помешаны на слаймах! А что, если сделать их самому? Такие чудеса возможны с Фабрикой слаймов от бренда Canal Toys.

Детки от 6-ти лет смогут сами создавать разноцветные тягучие игрушки с красивыми блестками. Для этого в наборе есть специальный шейкер, в который необходимо высыпать содержимое пакетиков, добавить блестки и смешать. Готово!

Баночки с готовыми слаймами можно украшать стикерами из набора, а милые фигурки сделают игру забавнее. В наборе также есть контейнеры для смешивания, по 10 пакетиков со смесью и блестками и многое другое.

Цена такого интересного набора около 900 грн.

Набор для экспериментов Юный химик Ranok Creative

Еще один набор для любителей химии от бренда Ranok Creative. Этот огромный набор позволяет провести 118 различных экспериментов! Среди опытов: создание искусственного снега, самодельные батарейки, вулкан на столе и многое другое! Для проведения экспериментов есть все необходимое: оборудование, химический материал и рекомендации с алгоритмом опытов. Набор предназначен для детей от 10-ти лет.

Цена составляет около 450 грн.

Набор для творчества Ranok Creative Корона в кристаллах Фрозен

Фанатам «Холодного сердца» посвящается! Эта научная игра понравится каждой девочке. Всего за 4 часа можно вырастить кристаллы для волшебной короны в стиле Frozen! Такой подарок восхитит любую девчонку! Игра рекомендована для детей от 8-ми лет.

Цена набора всего около 80 грн.

Набор для опытов Znatok Супер-измеритель 17 проектов

Этот большой набор для опытов по физике станет отличным дополнением к школьным урокам! Уже от 8-ми лет мальчики и девочки смогут пользоваться электронным конструктором Знаток, чтобы узнать главные законы физики. С помощью конструктора можно собрать 17 проектов, включая электронные часы, термометр, дальномер и даже шумомер! В наборе есть подробные инструкции, а все материалы качественные и безопасные. Для работы необходимы батарейки.

Цена набора около 2 тыс. грн.

что можно, чего нельзя и куда дальше — Российская газета

Не за горами время, когда можно будет отредактировать геном будущего ребенка: наделить потомка высоким интеллектом, крепким здоровьем и безупречной внешностью. Однако итог таких превращений может быть не самым приятным.

Скорее всего, человечество разделится на два лагеря: те, кому будет доступна эта технология, создадут общество идеальных людей, практически полубогов, а все прочие останутся дефектными смертными. Впрочем, человеку не придется утруждаться и для того, чтобы выносить генетически совершенное дитя, ведь с этим отлично справится искусственная матка, созданная недавно в США. Что тогда?..

Быстрые темпы развития биологии и медицины уже больше века наряду с восхищением вызывают у нас страх: сначала боялись пересадки органов, потом зачатых в пробирке детей, клонирования.

Научный прогресс, особенно в области биотехнологий, всегда был на шаг впереди нравственного развития общества. Для того чтобы уравновесить два этих процесса, использовать возможности на благо, а не во вред, ученые установили для себя новые правила поведения — биомедицинскую этику. Мы решили разобраться, как устроена мораль тех, кто экспериментирует с жизнью животных, здоровьем человека и его будущим.

Биомедицинская этика — профессиональная этика биологов и ученых-медиков. Грубо говоря, это о том, как заниматься исследованиями и не перейти грань, за которой польза от научной работы может обратиться во вред. Впервые термин использовал американский врач Ван Ренсселер Поттер в книге «Биоэтика: мост в будущее» (1971).

Фото: depositphotos.com

Мышь Павлова

Радикальные экологи требуют, чтобы наука отказалась от экспериментов на животных, заменив их компьютерными моделями. «Попасть в виварий в наши дни становится так же трудно, как на военно-воздушную базу США. С тех пор как несколько лет назад защитники прав животных стали взрывать виварии и «освобождать” экспериментальных животных, в большинстве лабораторий ужесточили меры безопасности в интересах как животных, так и обслуживающего персонала», — пишет британский ученый Стивен Роуз в книге «Механизмы памяти».

Но здесь этика рьяных зоозащитников вступает в противоречие с обычной человеческой этикой. Увы, совсем обойтись без опытов над животными современная наука не может. Без этого не получится создавать новые лекарства, разрабатывать новые медицинские технологии. И лучше смириться с гибелью тысячи крыс, чем позволить умереть сотням тысяч людей от болезней, которые без вмешательства науки остались бы неизлечимыми.

Эксперименты на животных проводились еще в Античности, хотя не исключено, что и первобытные люди извлекали какую-​то интеллектуальную пользу, ковыряясь во внутренностях добычи. Однако вплоть до эпохи Просвещения общественность не испытывала сострадания к подопытным зверькам. Только с расцветом гуманизма европейцы начали время от времени дискутировать на эту тему. Настоящий перелом наступил в начале прошлого века, когда в Европе, США и Российской империи стали появляться первые зоозащитные движения.

Первому отечественному лауреату Нобелевской премии Ивану Павлову приходилось оправдываться: «Когда я режу, разрушаю живое животное, я глушу в себе едкий упрек, что грубой, невежественной рукой ломаю невыразимо художественный механизм. Но переношу это для пользы людям. А меня, мою вивисекционную деятельность предлагают поставить под чей-то контроль. Вместе с тем истребление и, конечно, мучение животных только ради удовольствия и удовлетворения множества пустых прихотей остаются без должного внимания».

Должное внимание к сомнительным исследованиям, взвешенные и разумные предложения по соблюдению этики в опытах с участием животных появились только во второй половине XX века благодаря зоологу и психологу Уильяму Расселу и микробиологу Рексу Берчу. В совместной книге «Принципы гуманного обращения с животными» ученые обозначили три главных моральных принципа, на которых сегодня основываются все международные нормы, регулирующие работу с лабораторными животными, — концепцию «трех R». С этого момента в Европе и США при всех биологических лабораториях открываются биоэтические комитеты, действующие по этим правилам.

Концепция «трех R». Reduction — уменьшение количества животных, участвующих в эксперименте. Refinement — совершенствование методов операций, забора крови, эвтаназии и других манипуляций с животными. Обязательное применение анестезии во время болезненных процедур с целью исключить страдания животных. Replacement — замена высокоорганизованных животных более проcтыми модельными организмами, например беспозвоночными вроде морских ежей, кальмаров; простейшими; тканями и культурами клеток. Сегодня этот список дополняют компьютерные симуляторы различных органов и организмов.

Чуть позже к ним добавляется еще один важный принцип — анализ вреда и пользы (Harm-​Benefit Analysis). Без визы этических комиссий статьи об экспериментах не принимают к публикации.

Harm-​Benefit Analysis — принцип оценки еще не начавшегося исследования на предмет резонности использования животных. Если результат, к которому стремится экспериментатор, достижим, актуален и обещает существенную пользу для клинической практики или фундаментальной науки, работу одобряют. В противном случае исследование заворачивают. Этические комиссии не пропускают и опыты, в которых страдания животных несопоставимы с целью эксперимента (например, если для создания нового лекарства от насморка предлагается загубить несколько шимпанзе).

— Тут важно отметить, что согласно Harm-Benefit Analysis, полезными и этичными считаются опыты, которые не только одобрены этическими комиссиями, но и попали в научный журнал. То есть чем больше они будут процитированы, чем больше исследователей узнает о новом методе, тем больше пользы человечеству принесет такая научная работа и страдания животных будут оправданны. Если же в комиссию подается заявка на эксперимент, цель которого несерьезна, комиссия может отказать. Могут отклонить и внутреннее исследование, результат которого не планируется публиковать. Но эта практика распространена в основном за рубежом, особенно в странах, где защита прав животных закреплена законодательно, — рассказывает Екатерина Кушнир, физиолог, кандидат биологических наук, секретарь биоэтической комиссии при МГУ, сотрудник виварно-​экспериментального комплекса «НИИ Митоинженерии МГУ».

В России нет законов, регулирующих правила проведения опытов над животными. На рубеже 1970-1980-х Минздрав и Минвуз такие приказы издавали, но с развалом Советского Союза о них забыли.

Отечественная биоэтика начала возрождаться в нулевые с появлением биоэтических комитетов при университетах, исследовательских институтах и лабораториях. Дабы открыть нашим исследователям путь в мировую науку, комиссии стали ориентироваться на руководства и директивы о защите позвоночных животных, разработанные в Европе и США, которые, надо сказать, предъявляют весьма высокие требования к экспериментатору и его моральному облику.

— Чтобы исследование было одобрено биоэтической комиссией, перед его проведением научная группа должна подать заявку, четко прописав в ней все детали эксперимента: почему выбран этот модельный организм; почему планируется применить именно этот метод забора крови; как будет умерщвлено животное в конце опыта и так далее, — поясняет Кушнир. — Например, в американской инструкции методы эвтаназии животных разделены на три группы: допустимые, условнодопустимые и не допустимые ни при каких обстоятельствах. Если ученые указывают в заявке, что будут применять условнодопустимый способ, они обязаны подробно и убедительно это обосновать. И только если они докажут, что любой другой метод погубит результаты эксперимента, комиссия согласует этот пункт.

Когда эксперимент запущен, члены комитета могут наведаться к исследователям с проверкой — убедиться, что испытуемые животные не страдают. Чтобы оценить степень страдания, ученые разработали огромное количество шкал — практически для каждого отдельного вида животного. Есть, например, шкала определения степени боли у крыс по походке. Если грызун чуть подпрыгивает при передвижении или вытягивает задние лапы, это может свидетельствовать об острой боли в области живота. Широко распространена шкала изменения выражения мышиной морды (Mouse Grimace Scale): если у грызуна сужены глаза, уши отведены назад, усы топорщатся, а щеки надуты, это явный признак плохого самочувствия.

Но на этом требования биоэтического комитета не заканчиваются. Помимо заявки на эксперимент ученые должны подать документ со сведениями об условиях содержания животных в вивариях. В идеале звери, обитающие там, не должны испытывать стресс от перенаселения или грязи, должны быть сытыми и абсолютно здоровыми, то есть проверены на наличие патогенов.

Это особенно важно для грызунов, которые эволюционно приспособились скрывать свои заболевания, чтобы не попадать в когти к хищнику, высматривающему легкую добычу. Без такого медобследования испытуемых ни один уважающий себя исследователь к эксперименту не приступит. Инфекции сильно влияют на биохимические процессы в организме, и если хотя бы одно животное в группе окажется зараженным, исследование потеряет научную ценность.

— Некоторые российские ученые до сих пор не особо интересуются, что происходит с животными в виварии. Просто получают их на руки как биоматериал, неважно откуда — потоп ли там, засуха, больные зверьки… Сейчас в стране есть только два питомника, которые соблюдают требования к здоровью животных, предписанные зарубежными стандартами, и могут предоставить об этом справку: в Новосибирске и в Пущине. Но животные оттуда стоят недешево. В этих условиях исследователи должны соблюдать еще один принцип, расширяющий концепцию «трех R», — responsibility, ответственность за своих подопытных. То есть если у ученого нет средств купить животных в хорошем питомнике, он может взять зверей где-то еще, но обязан потратить силы и время на создание для них нужных условий и качественное обследование их здоровья, иначе результаты его экспериментов могут быть искажены, — объясняет Екатерина.

На этом месте возникает для кого-​то циничный, для кого-​то простой и логичный вопрос: не препятствует ли такая строгость этических комитетов творческой свободе ученых, не погибают ли великие открытия в душных объятиях благих намерений? Например, смог бы Павлов сегодня повторить свои знаменитые эксперименты на собаках?

Так, как он проводил их в свое время, конечно же, нет. Скорее всего, комиссия по биоэтике рекомендовала бы Павлову доработать исследование. В соответствии с правилом «трех R» ученому предложили бы взять не собак, а более простых животных, например мышей. Современные технологии позволяют делать сложнейшие операции даже на таких мелких зверьках, поэтому грызуны сегодня так востребованы в науке.

Помимо этого Павлова попросили бы поддерживать стерильную чистоту в лабораторном помещении; вероятно, посоветовали бы сделать испытуемым местную или общую анестезию перед установкой фистул для сбора желудочного сока; обеспечить качественный послеоперационный уход с обезболиванием, введением антибиотиков на случай осложнений. Не исключено, что фистулы вообще предложили бы заменить на специальные микроскопические капсулы, которые вводятся без оперативного вмешательства через пищевод и позволяют оценить состояние желудочно-​кишечного тракта и состав желудочного сока. Впрочем, при такой постановке эксперимента ученый вряд ли бы открыл условные рефлексы.

А самым известным собирательным образом науки стала бы не собака, а мышь Павлова.

Фото: depositphotos.com

«Мы живем в скучное время»

К сожалению, строгие биоэтические принципы в отношении экспериментов с участием людей появились уже после того, как случилась катастрофа, уничтожившая и изувечившая тысячи человек. Речь идет о чудовищных опытах врачей нацистской Германии. По окончании судебного процесса над медиками Третьего рейха, в 1947 году, был разработан Нюрнбергский кодекс — международный документ по биоэтике, принципы которого легли в основу законов большинства западных стран.

Первый пункт серьезно перекроил до сих пор незыблемую этику Гиппократа. Конечно, главное ее правило «не навреди» осталось в силе. А вот отрицание прав пациентов, которое отчасти присутствует в известной клятве отца медицины, составители документа сочли опасным. С этих пор врачи-​исследователи обязаны получать от каждого согласие на участие в эксперименте.

Информированное согласие — документ, который перед проведением эксперимента подписывает пациент. В этой официальной бумаге доступным языком пошагово описываются этапы исследования и абсолютно все известные эффекты, оказываемые процедурой или исследуемым препаратом, в том числе побочные, как тяжелые, так и легкие. За пациентом закреплено право выйти из эксперимента на любом этапе, не объясняя причину. Кандидат в испытуемые подписывает документ только после того, как осознал все нюансы исследования и получил от врача подробные ответы на свои вопросы.

Помимо этого в кодексе четко обозначено, что все испытания, которые планируется провести на людях — исследования новых препаратов, методов операций, медицинской техники или инструментов, — изначально должны проверяться на животных (так появилось деление на доклинические и клинические испытания — на животных и людях соответственно). Во всех экспериментах исследователи должны минимизировать страдания пациентов и полностью исключить риск смерти или получения увечий.

В послевоенные годы этот документ был священной скрижалью экспериментальной медицины, гарантом безопасности для пациентов. Однако со временем общественные деятели начали отмечать его этическое несовершенство. В частности, смущало, что мера страдания испытуемого определялась только крайним порогом — смертью или увечьями, да и допустимый уровень рискованности опыта измерялся слишком эфемерно: «Степень риска, связанного с проведением эксперимента, никогда не должна превышать гуманитарной важности проблемы, на решение которой направлен эксперимент».

В 1964 году Всемирная медицинская ассоциация предложила усовершенствованный международный документ по биоэтике — Хельсинкскую декларацию. В ней, в отличие от предыдущего свода правил, не было попытки взвесить вред и пользу; она требовала, чтобы все опыты ученых приносили испытуемым и обществу только благо.

Так, например, документ запрещал применять плацебо в фармакологических исследованиях с участием больных, ведь использование лекарств-​пустышек откладывает настоящее лечение и, по сути, является обманом пациентов. Декларацию обновляли девять раз, но этот принцип оставался неизменным.

Пожалуй, самая значимая поправка была спровоцирована скандально известным «Исследованием Таскиги». С 1932 по 1972 год группа американских врачей изучала сифилис на жителях городка Таскиги (штат Алабама, США) — бедных неграмотных афроамериканцах. Часть испытуемых никогда не бывала у квалифицированных врачей и не знала о своем заболевании. Исследователи тоже не сообщили им об этом. И не попытались оказать медицинскую помощь — даже тогда, когда появилась эффективная терапия сифилиса. У врачей была другая цель — отследить все стадии развития инфекции: от заражения до смерти. Эксперимент проходил под контролем Службы общественного здравоохранения США, подробности не разглашались. Узнали обо всем только благодаря журналистскому расследованию, опубликованному в Washington Star.

После скандала, разразившегося в 1975 году, в декларации появились новые требования: все нюансы эксперимента должны быть прописаны в исследовательских протоколах; перед проведением опыта ученые обязаны согласовать протоколы с независимыми биоэтическими комитетами; результаты исследования будут опубликованы в авторитетном научном журнале, только если оно не нарушает существующие правила.

Хельсинкскую декларацию подписали далеко не все страны. Помимо ряда азиатских, африканских и ближневосточных государств в стороне остались США, Россия, Великобритания и Германия.

В США в конце 1970-х были приняты национальные Правила надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice). Считается, что этот документ составлен на основе Хельсинкской декларации, но на деле между ними пропасть. Например, GCP позволяет с согласия родственников проводить исследования на недееспособных людях (инвалидах, детях и др.), Декларация разрешает подобные эксперименты лишь в исключительных случаях, «если они служат специфическим интересам этих групп (недееспособных граждан) и не могут быть проведены с участием менее уязвимых субъектов».

Наша страна в свое время не поддержала ни Нюрнбергский кодекс, ни Хельсинкскую декларацию. Только на рубеже нынешнего и прошлого веков в России занялись разработкой собственного стандарта по надзору за клиническими испытаниями. В 2005 году вышел ГОСТ «Надлежащая клиническая практика», оказавшийся калькой с американского GCP. Позже в соответствии с ним были изданы федеральные законы «О лекарственных средствах» и «Об основах охраны здоровья граждан». Эти документы позволяют проводить на территории России множество экспериментов, идущих вразрез с Хельсинкской декларацией. Правда, и результаты их будут воспринимать всерьез только у нас в стране.

Но на практике не все так грустно. Независимые биоэтические комитеты, которые с конца 1990-х работают при всех медицинских исследовательских учреждениях, ориентируются прежде всего на европейский документ, а не на национальный ГОСТ или GCP.

Согласно GCP и его русифицированному аналогу, первая фаза клинических испытаний препарата (когда оценивается переносимость действующего вещества) всегда проводится на здоровых добровольцах, даже если речь идет о высокотоксичных веществах, таких как препараты для химиотерапии онкологических заболеваний или СПИДа. Российские биоэтические комитеты, как правило, не позволяют исследователям идти на такой риск и рекомендуют, в соответствии с европейскими нормами, заменять здоровых испытуемых пациентами на первых стадиях соответствующих заболеваний. И это не единственная ситуация, в которой отечественные исследователи проявляют повышенную осторожность.

— Современные медики живут в скучное время. Мы не можем творчески подходить к своей работе, как это делали ученые в начале XX века. Сейчас все строго регламентируется законами, протоколами и стандартами. С одной стороны, это навевает некоторую тоску, с другой — лучше работать в условиях, где врача со всех сторон подстраховывают нормы, так спокойнее всем: и врачам, и пациентам, — рассуждает Тимур Бритвин, руководитель одной из хирургических клиник Московского областного научно-​исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского, председатель независимого этического комитета при МОНИКИ.

— Возможно, по этой причине сейчас не проводятся медицинские исследования, которые могли бы совершить прорыв, например, в лечении шизофрении, СПИДа или рака. У нас в институте был подобный случай — проще, конечно, но все-таки. В биоэтический комитет пришла заявка на исследование новой медицинской технологии по исправлению воронкообразной деформации грудной клетки. Это врожденная патология, когда у человека грудь словно вдавлена внутрь. Часто приводит к компрессионному воздействию на сердце, что довольно мучительно. Так вот, один исследователь предложил способ исправления грудины при помощи специальной дугообразной пластины из медицинского металлического сплава. Он делал эти пластины индивидуально для каждого пациента, придумал качественный способ их встраивания, но в связи с отсутствием разрешения на методику пациенты сами оплачивали расходные материалы, врач работал частным образом. С точки зрения медицинской этики выглядит сомнительно, правда? Но все пациенты здоровы, качество их жизни улучшилось, они благодарили врача. С точки зрения простой человеческой морали он был бы не прав, если б не помог этим людям. Однако когда он попытался провести исследование, доказывающее эффективность своего метода, и представить его результаты в виде диссертации, мы поступили в соответствии с нормами биоэтики: отклонили запрос.

Фото: depositphotos.com

Новый дизайн мира

Наука охвачена этическим регулированием очень неравномерно: если в отношениях ученого и лабораторной мыши прописан каждый шаг, то в вопросе использования, например, человеческих эмбриональных клеток все очень зыбко. Во-​первых, эмбрион не может дать информированное согласие, во‑вторых, что именно мы считаем эмбрионом? Оплодотворенную яйцеклетку? Зародыш, у которого уже бьется сердце? А если эмбриональные клетки получены с помощью перепрограммирования взрослой клетки, чьи права это нарушает? А главное, к чему ведут такие эксперименты?

Прогресс в биотехнологиях открывает перед человечеством почти безграничные перспективы, но может привести к необратимым общественным изменениям. Представьте, что все внутренние органы можно будет заменить новыми, выращенными в организме свиньи, а ткани и кожу — получить в пробирке и пересаживать при необходимости. Смерть отодвинется.

Кто-​то, вероятно, решит рожать «по старинке», но ребенок с отредактированным геномом, созревший в искусственной матке, как плод в оранжерее, станет обычным делом. Будут ли равны «натуральные» и «дизайнерские» дети? Что, если появятся генетические касты? Как изменится, в том числе личностно, человек, который уже на 80% состоит из органов, выращенных в доноре-​свинье?

Мы не знаем ответы на эти вопросы, поэтому чаще всего этические комиссии накладывают серьезные ограничения на исследования, связанные с использованием человеческих эмбрионов, клеток, тканей. В разных государствах этот вопрос решается по-​разному. В большинстве стран Европы, в Канаде и Австралии модификация эмбриона запрещена. В Великобритании с прошлого года разрешена. В США запрещено финансировать подобные программы на федеральном уровне — только на частные средства.

Зато в Китае генетические исследования оплачиваются из государственного бюджета. И в 2015 году там провели первый в мире эксперимент по редактированию человеческого генома с помощью инструмента CRISPR/Сas9. Правда, китайским ученым не удалось опубликовать свою работу ни в Nature, ни в Science — из-​за этического запрета опытов над человеческими эмбрионами. Статья была напечатана в менее известном журнале Protein&Cell, что, разумеется, не помешало всему миру узнать о прорыве в генной инженерии.

CRISPR/Cas9 — технология редактирования генома, основанная на принципах иммунной системы бактерий (они способны находить и ликвидировать вирусную ДНК). CRISPR/Cas9 включает в себя направляющую молекулу РНК, которая находит нужный кусочек хромосомы, и фермент Cas9, разрезающий ДНК. Если в этот момент добавить нормальную копию гена, он встроится в нужное место. Напоминает редактирование текста, когда часть предложения удаляется и на ее место вставляют другие слова.

— Устоявшиеся этические нормы вступают в конфликт с новой реальностью, — говорит Марина Хабарова, кандидат биологических наук, научный сотрудник Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН. — Эти проблемы придется решать с помощью референдумов, опросов, специальных рабочих групп. Изменения морали и этических норм — очень сложный вопрос. Человек здесь всегда немного опаздывает.

Но надо понимать: страны, которые будут владеть передовыми технологиями, сформулируют и новые законы. Пока мы еще не редактируем геном с целью отбора, но видим, какие открываются возможности, чтобы избавить человека от тех или иных заболеваний. Например, ВИЧ — выключая определенные гены, можно обеспечить рождение у больных СПИДом здорового потомства. И это не завтрашний день, а практически сегодняшний. Теоретически можно говорить о перспективе создания людей с направленно измененной генетической программой — в частности, менее уязвимых для целого ряда недугов. А что помешает в таком случае пойти немного дальше и перепрограммировать человека, добавив ему те или иные качества? Например, вырастить племя с пониженной потребностью в воде — отличная характеристика для жизни в пустыне.

Не так давно экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) вызывало у общественности массу вопросов — сегодня это обычная процедура. Количество «детей из пробирки» уже невозможно подсчитать: их миллионы. Эта технология доступна каждому, в России ЭКО можно сделать за государственный счет просто потому, что «хочется детей, а никак не получается».

Следующий шаг — ребенок от трех родителей. Фантастика? Нет. В 2016 году родился мальчик с биологическим материалом от двух женщин и одного мужчины. У мамы малыша обнаружилось редкое заболевание, которое поражает нервную систему и передается генетически как часть митохондриальной ДНК. Репродуктологи перенесли ядро из яйцеклетки матери в яйцеклетку женщины-​донора, оплодотворили в пробирке и внедрили в организм матери, как при обычном ЭКО. Метод сработал — родился здоровый младенец, однако такое трехстороннее оплодотворение в большинстве стран запрещено, поэтому процедуру проводили в Мексике.

Что касается Европы, тут снова отличилась Великобритания: правительство приняло поправку к закону об ЭКО, и первый британский ребенок от трех родителей ожидается уже в 2017 году. Пройдет несколько лет, и эта технология не будет вызывать ни протеста, ни изумления.

Вот что говорится в сообщении, которое подготовили по этому поводу американские ученые: «Технологии редактирования генома эмбрионов и половых клеток (удаление, добавление, перемещение фрагментов ДНК) пока рано испытывать на людях. Чтобы просчитать все риски, потребуется много дополнительных исследований. Однако технология развивается очень быстро, так что редактирование генома эмбрионов, яйцеклеток, сперматозоидов или стволовых клеток в обозримом будущем — вполне реальная перспектива, которую нужно серьезно обсуждать».

— Редактирование яйцеклетки — важное направление, путь к избавлению от многих генетических заболеваний, — говорит Марина Хабарова. — Например, оба родителя страдают от аллергии, и велика вероятность, что ребенок у них тоже будет аллергиком. Тогда именно репрограммирование половых клеток родителей позволит им не передать это заболевание своему ребенку. Но надо понимать, что сильное изменение генома повышает вероятность не только появления нового, но и потери чего-то старого. Чего? Мы не знаем. С момента развития ЭКО ведутся наблюдения за детьми, появившимися на свет в результате применения этой процедуры. Пока данных недостаточно, чтобы делать выводы о положительном или отрицательном влиянии ЭКО на геном. Однако скоро данных накопится столько, что можно будет объективно об этом судить, и тогда технология искусственного оплодотворения начнет меняться.

Одно время ажиотаж вызывала тема клонирования человека — во многих странах за такого рода эксперименты предусмотрено уголовное наказание. Но, похоже, клеточные технологии потеснили идею клонирования: новые органы можно получить другим путем. Например, вырастить их в свинье. Просто пересадить органы и ткани животного человеку невозможно — организм их отторгает. Но если внутри свиного эмбриона вырастить один или два нужных органа из человеческих стволовых клеток… Опять, думаете, фантастика?

Нет же. В зародыше свиньи выключают ген, ответственный за развитие, скажем, почек, и подсаживают индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека. Иммунная система эмбриона еще не развита, поэтому человеческие клетки должны прижиться и развиться в запрограммированную ткань или орган. В результате вырастет самая обычная свинья — с человеческими почками. И не просто человеческими, а подходящими тому, чьи клетки в самом начале ввели эмбриону хрюшки.

Плюрипотентными называют клетки, которые еще не выбрали «специализацию» и могут стать клетками любого органа.

Возникает вопрос: откуда мы берем стволовые клетки? И что значит «индуцированные»? А то, что обычную клетку взрослого человека, например клетку кожи, можно перепрограммировать в плюрипотентную. Японский ученый Синъя Яманака и британец Джон Гердон в 2012 году получили за такие превращения Нобелевскую премию. Правда, они экспериментировали на мышах. Но несколько лет спустя Яманака привел убедительные экспериментальные данные о наличии плюрипотентного потенциала у ряда человеческих клеток.

— На современном этапе отрабатываются технологии культивирования и трансплантации внутренних органов. Серьезно рассматривается возможность смешанных технологий выращивания нужных тканей и органов. В живом организме провести процесс формирования органа намного проще, чем делать это «от и до» в пробирке, — комментирует Марина Хабарова. — Можно вырастить ткань, но тут же встает проблема формирования из ткани органа: становления иннервации, прорастания сосудов, крово- и лимфоснабжения. На этом пути немало сложностей.

Есть и проблемы с использованием животных- доноров: риски взаимодействия развивающегося органа человека с организмом животного до конца не известны и требуют отдельного изучения. Мы пока не знаем, как выращенные, скажем, в свинье почки будут вести себя после пересадки в человеческий организм. Если попытаться обобщить этические проблемы, связанные с клеточными технологиями, можно выделить две главные.

Первая: мы не можем представить все последствия, к которым приведет применение этих технологий. И в случае неудачи человека нельзя будет, как мышку, гуманно усыпить в соответствии с регламентом.

Вторая: в случае удачи и распространения новых технологий мы рискуем получить другое общество, основанное на генетической сортировке. Это не преувеличение — даже прогресс в анализе генетических данных приводит к подобным проблемам: появляются понятия «генетический паспорт», «генетический профиль». А с учетом развития «облачной» медицины и формирования общей базы данных встает вопрос о возможной дискриминации по «генетическому профилю».

Вячеслав Тарантул, доктор биологических наук, заместитель директора Института молекулярной генетики РАН, в книге «Геном человека: энциклопедия, написанная четырьмя буквами» приводит такой пример. В 1970-х годах правительство США реализовало масштабную программу по выявлению носителей мутантного глобинового гена, ответственного за серповидноклеточную анемию. Мутация, приводящая к этой патологии, распространена в основном в малярийных районах Африки. Само заболевание связано с присутствием в эритроцитах ненормального варианта белка гемоглобина, в результате чего эритроциты крови приобретают специфическую серповидную форму, а у больного развивается тяжелая анемия, иногда приводящая к смерти. Пересчитав «мутантов», правительство так и не решило, что делать с этой информацией, зато медицинские страховые компании выставили носителям мутантного гена новые условия страхования, а некоторые работодатели отказались принимать их на работу. В частности, так поступили авиакомпании, обосновав отказ риском проявления болезни на большой высоте. При этом абсолютно здоровые люди — носители — почувствовали себя бракованным материалом.

С 2008 года в США действует специальный закон — Genetic Information Nondiscrimination Act. Он запрещает использовать генетическую информацию при приеме на работу и расчете стоимости медицинской страховки.

Одним из законодательных актов, регулирующих работу с человеческими клетками в России, является Федеральный закон от 23 июня 2016 г. № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах». Он декларирует «недопустимость создания эмбриона человека в целях производства биомедицинских клеточных продуктов; недопустимость использования для разработки, производства и применения биомедицинских клеточных продуктов биологического материала, полученного путем прерывания процесса развития эмбриона или плода человека или нарушения такого процесса».

Попыткой создать наднациональные нормы работы с геномом можно считать «Всеобщую декларацию о геноме человека и правах человека», принятую Генеральной конференцией ЮНЕСКО в 1997 году. Среди прочего там есть такие слова: «Личность человека не может быть сведена к его генетическим характеристикам. Каждый вправе рассчитывать на уважение его прав и достоинств вне зависимости от этих характеристик».

Это, вероятно, и есть сердцевина всех этических споров о биомедицинских технологиях будущего. Личность человека.

Эксперименты и научные опыты по физике и химии с детьми, занимательное обучение с детьми дома

Забавные, интересные и занимательные научные занятия, проводимые родителями с детьми дома, могут стать веселой игрой.

Глядишь, физика или химия станут любимыми предметами будущих школьников. Вот пять химических опытов, проведение которых возможно дома. 

Обучение естественнонаучным дисциплинам необязательно должно навевать на малыша скуку. Это может быть реальный эксперимент, который позволит ребенку самому методом проб и ошибок сделать собственные маленькие открытия.

Инициатива «Мир Исследователей «Хенкель», запущенная компанией «Хенкель» в России для детей 8-11 лет, основана именно на таком практическом подходе. Вот некоторые несложные опыты, которые можно проводить вместе с детьми дошкольного возраста для расширения их представлений о мире, а также для их интеллектуального и творческого развития. Описываемые опыты не требуют никакой специальной подготовки.

Нам понадобится: вода, сахар, сода, соль, кукурузный крахмал, бумага.

Данный эксперимент поможет разобраться, как делается клей и что именно придает ему такое свойство, как липкость. Для начала попросите детей вспомнить и подумать, какие продукты, имеющиеся на вашей кухне, оставляют после себя липкие следы? На каждой кухне найдутся порошкообразные ингредиенты, что произойдет, если разбавить их с водой? Что бы узнать, нужно попробовать! Смешайте с водой сахар, соду, соль, кукурузный крахмал или аналогичные образцы. Удастся ли этими растворами склеить пару листов бумаги?

В предыдущем эксперименте мы узнали, что при смешивании крахмала с водой образуется липкое вещество. Крахмал является природным сырьем. Как же узнать, где есть крахмал, а где его нет?

Итак, в этом эксперименте используется два образца – (положительный) контрольный образец, содержащий кукурузный крахмал, и отрицательный образец, содержащий вещество, которое по виду похоже на кукурузный крахмал (например, сахарная пудра).

Перед началом этого эксперимента предложите детям подумать о том, какие продукты могут содержать крахмал. Они могут проверить свои предположения, используя метод определения, приведенный ниже.

Необходимые материалы:

  • Раствор Люголя (раствор йода/раствор иодида калия)
  • Одноразовые пипетки
  • Лабораторные пробирки или небольшие стеклянные пробирки, в которых можно смешивать исследуемые вещества с раствором Люголя (вполне подойдут и небольшая кухонная утварь – например, рюмки)
  • Кукурузный крахмал и сахарная пудра для контрольных образцов
  • Пищевые продукты, содержащие крахмал, например картофель, заранее замоченные зерна пшеницы, кукурузная мука
  • Пищевые продукты, не содержащие крахмал, например, огурцы

Итак, используйте лопатку, чтобы поместить небольшое количество кукурузного крахмала в лабораторную пробирку.

Добавьте 2 мл (½ чайной ложки) воды, осторожно встряхните пробирку.

Затем добавьте в пробирку 4 капли раствора Люголя.

Что произошло? В образцах, которые содержат крахмал, раствор примет характерную синюю окраску.

Присутствует ли крахмал в вашем клеевом карандаше? Теперь Вы можете сами проверить это.

Пришло время узнать, в каких же продуктах содержится крахмал. Предложите своему ребенку заполнить следующую таблицу:

Итак, мы узнали, что в картошке крахмал есть, а в огурцах – нет. Как же его теперь оттуда, из картошки, достать?

Полезным отправным пунктом может стать наблюдение того факта, что вода становится мутной, если в нее несколько часов положить продукты, содержащие крахмал.

Это становится особенно заметным, если в воде замочить зерна риса. Мутность означает, что из продукта в воду перешло некое вещество. Для того, чтобы показать это ребенку рекомендуем приготовить образец заранее – например, замочить риса в тарелке воды.

Необходимые материалы:

  • 3-6 картофелин (в зависимости от размера)
  • 150 г кукурузной муки
  • Старые кухонные полотенца
  • 4 пластмассовых чашки среднего размера
  • 1-2 терки
  • 2 фарфоровых тарелки или термостойких кристаллизатора
  • Мерный стакан
  • Вода

1. Выберите один из продуктов (3-6 картофелин или 150 г кукурузной муки), измельчите его на терке, если это необходимо (в пластмассовой или металлической чашке).

2. Добавьте 300 мл воды к измельченным продуктам в чашке и перемешайте стеклянной палочкой.

3. Накройте вторую чашку кухонным полотенцем, вылейте смесь на полотенце и отожмите воду (жидкость). Соберите жидкость в чашку.

4. Поместите оставшуюся смесь в первую чашку, повторите этапы 2 и 3, но используйте только 200 мл воды. Подождите пять минут и осторожно слейте воду. Оставьте белый осадок на дне чашки.

5. Переложите осадок на тарелку и поместите ее в духовой шкаф при температуре 180°C (350°F) на 20 минут.

Удобно, если у вас есть духовка, в которой можно высушить полученный крахмал. Наиболее эффективно крахмал можно получить из картофеля, который можно очистить от кожуры или использовать с кожурой. После этапа сушки на тарелке останется плотное вещество беловатого цвета: крахмал.

В самом начале, в первом эксперименте, мы узнали, что при соединении крахмала с водой образуется клейкое вещество. Но это вещество еще непригодно для использования в качестве клея. Для этого с полученной смесью необходимо проделать еще несколько действий.

Во-первых, из этого эксперимента ваши дети узнают, что при нагревании с водой крахмал превращается в желеобразную клейкую пасту. Во-вторых, они узнают, что для хорошего клея нужна правильная консистенция.

Спросите своего ребенка, как он думает – что нужно сделать с крахмалом, чтобы он стал более клейким.

Необходимые материалы:

  • Крахмал, полученный в эксперименте ранее, или готовый кукурузный крахмал (свой, конечно, использовать гораздо интереснее)
  • 1-2 огнеупорных стеклянных стакана или кастрюли
  • Плитка, двухконфорочная плита или духовой шкаф
  • 1-2 стеклянных палочки или ложки для перемешивания
  • 1 термометр

Для приготовления крахмальной пасты необходимо смешать 1 г (¼ чайной ложки) крахмала, полученного учениками, с 5 мл (1 чайной ложкой) воды и нагревать при температуре около 80°C на плитке до тех пор, пока смесь не начнет прилипать к палочке или к ложке. Крахмал набухает при нагревании. Набухание вызвано тем, что растворитель (вода) поглощается под воздействием силы капиллярности, а затем испаряется. Примерами из повседневной жизни могут служить приготовление пудинга или густых соусов. Если на этапе получения крахмала его было получено недостаточно, можно добавить немного кукурузного крахмала.

Итак, у нас есть крахмальная паста. Можем ли мы начать склеивать ей различные поверхности? Почти!


Держитесь, мы почти закончили!

Что же отделяет нас от настоящего клея? Попробуем сделать следующее:

1. Поместите крахмальную пасту на кончике лопатки в лабораторную пробирку, добавьте 5 мл воды, закройте пробирку пробкой.

2. Встряхивайте пробирку в течение примерно 30 секунд.

3. Повторите процесс с веществом, из которого изготовлен клеевой карандаш.

Скажите, в чем была разница? Не было у вас ощущения, что материал, из которого изготовлен клей-карандаш, вспенился совсем как… мыло?

Что же, попробуем приготовить крахмальную пасту, но, на этот раз, с добавлением мыльной стружки.

Необходимые материалы:

  • Крахмал, полученный учениками, или готовый кукурузный крахмал
  • 1 кусок мыла, без отдушки, если возможно
  • 1-2 огнеупорных стеклянных стакана или кастрюли
  • Плитка, двухконфорочная плита или духовой шкаф
  • 1-2 стеклянных палочки или ложки для перемешивания
  • 1 термометр

Измельчите примерно четверть куска мыла, используя терку для картофеля.

В стакане объемом 150 мл растворите 1 г (¼ чайной ложки) натертого мыла 14 мл (1 чайная ложка) воды с максимальной тщательностью; в результате должна получиться мыльная пена.

Добавьте 4 г (1 чайная ложка) крахмала к мыльному раствору и тщательно перемешайте с помощью стеклянной палочки.

Нагрейте смесь на плитке до температуры 80°C (175°F), периодически перемешивая смесь стеклянной палочкой.

Что у Вас получилось? Можно ли как -то поменять свойства получившийся массы?

Повторите этапы со 2 по 4, используя 2 г (½ чайной ложки), 3 г (¾ чайной ложки) и 4 г (1 чайную ложку) мыла.

Варьируя количество мыла, которое вы используете, вы можете приготовить клей абсолютно любой консистенции.

Итак, мы только что приготовили настоящий клей-карандаш. Неужели это не было интересным? Остальные опыты ваши маленькие исследователи смогут провести на занятиях «Мира Исследователей «Хенкель». Узнать о месте и времени проведения занятий, а также записать своего ребенка на них Вы можете на сайте программы

Опыты и эксперименты дома. | Опыты и эксперименты по окружающему миру на тему:

Для того чтобы проводить химические и физические опыты и попытаться изучить законы природа, не обязательно ждать, когда наступит пора идти в школу. Провести занимательные эксперименты в виде игры можно и дома с детьми дошкольного возраста. Конечно, это будут простые опыты, не требующие специальных знаний и подготовки. Проводить их необходимо все же исключительно в присутствии взрослых во избежание непредвиденных ситуаций, опасных для жизни детей.

Итак, посмотрим, какие интересные научные эксперименты в виде игры можно сделать дома?

Прежде всего, определимся, с какими веществами увлекательно и безопасно проводить домашние опыты для детей дошкольного возраста.

  1. Во-первых, с водой. В ней можно растворять разные вещества и наблюдать проявление их свойств.
  2. Во-вторых, с воздухом.
  3. И, наконец, со всеми подручными средствами: мылом, содой, солью, резиной и т.д.

Эксперименты с водой

Для начала проведем несложный эксперимент с водой. Чтобы сделать этот эксперимент, понадобятся:

  1. четверть стакана подкрашенной воды,
  2. четверть стакана подсолнечного масла
  3. и четверть стакана сиропа.

Далее предложим ребятам предположить, что произойдет, если все жидкости слить в один стакан.

В результате у детей в процессе игры формируется понятие о различной плотности  жидкостей.

В итоге экспериментов должна получиться следующая картина: сироп, как самая плотная жидкость, осядет на дно, посередине окажется вода, а масло всплывет наверх.

Домашние эксперименты с водой наиболее легкие. Они состоят, как правило, в смешивании различных веществ с водой.  С детьми дошкольного и младшего школьного возраста можно сделать еще один шокирующий эксперимент, который, тем не менее, ничем не отличается от обычной мальчишеской игры.

Еще один эксперимент с водой

Наполните сосуд водой, добавьте четверть таблетки Алка-Зельцер, накройте крышкой и отойдите в сторону. Очень интересно наблюдать, как крышка отлетит в сторону под давлением углекислого газа.

Интересные научные эксперименты можно выполнить дома, используя различные химические вещества. Конечно, для детей дошкольного возраста для игры мы не будем брать опасные для жизни кислоты или щелочи. Занимательные опыты получаются, даже если использовать знакомые с рождения вещи: мыло, уксус, соль и т.д.

Эксперимент с надуванием шарика

Для следующих экспериментов понадобятся:

  1. пластиковая бутылка,
  2. уксус,
  3. пищевая сода,
  4. воздушный шарик,
  5. воронка.

Эксперимент начинаем с того, что наливаем в пластиковую бутылку одну и четверть чашки уксуса. Наполняем воздушный шарик тремя четвертями чашки соды и прикрепляем шарик к верху бутылки. Аккуратно позволяем соде опуститься в бутылку и следим за тем, как шарик надувается, однако летать он при этом не будет. Снимите на видео подобный эксперимент и покажите своим знакомым: они наверняка захотят его повторить.

Занимательные домашние опыты способны много дать для развития детей дошкольного возраста. Научные опыты, проведенные в виде игры,  учат детей быть любознательными, внимательными к явлениям природы, развивают эрудицию. В результате ребенок на наглядном примере усваивает те законы физики и химии, которые впоследствии будет проходить в школе. Веселые эксперименты для детей дошкольного возраста  помогают раскрыться талантам и способностям, готовят будущих ученых.

Эксперименты с растениями

В ходе  экспериментов с растениями дети могут познакомиться с таким физическим явлением, как абсорбция. Это способность материала или живого существа впитывать составляющие другого вещества. Чтобы провести эксперимент, понадобятся несколько стеблей сельдерея и подкрашенная вода, например красного цвета. Воду наливаем в стакан и опускаем туда стебли сельдерея. Конечно, для данного опыта нужно время. Через несколько дней стебли начнут впитывать воду и сами станут красного цвета. Если на стеблях затем распустятся листья, они тоже будут красного цвета. Таким образом, довольно сложное теоретическое понятие абсорбции становится простым и наглядным благодаря увлекательным опытам.

Эксперименты с молоком

Занимательные научные эксперименты для детей можно проводить дома  с использованием обычного молока, создавая настоящую цветовую симфонию. Для экспериментов такого рода понадобится:

  1. немного молока,
  2. пищевые красители разных цветов,
  3. кусочек мыла,
  4. ушные палочки
  5. и столовая тарелка.

Налейте в тарелку немного молока. Добавьте по капле пищевые красители различных цветов в центр тарелки. Красители можно купить в жидком виде или приобрести наборы в виде порошка, которые затем необходимо развести водой. Далее окуните ушную палочку в середину молока. Не смешивайте цвета! На другой конец ушной палочки капните жидкого мыла. Поместите намыленный конец палочки в центр тарелки и подержите 10-15 секунд. Посмотрите, какой взрыв цветов и красок!

Опыт работает очень просто. Молоко по своей консистенции напоминает воду, но содержит жиры, минералы, витамины и другие вещества. Секрет симфонии цветов заключается в капле мыла. Дело в том, что основное свойство мыла – ликвидировать жиры. Когда мыло помещается в молоко, молекулы мыла стараются атаковать молекулы жиров, в свою очередь, молекулы жиров стараются избежать «нападения». Именно этот процесс и отражает стремительное движение цветов.

Итак, эксперименты для детей в виде игры в домашних условиях – одно из важнейших условий развития эрудиции и дальнейшего интереса к учебе.   Пытайтесь, наблюдайте, экспериментируйте!

Эксперименты для детей в домашних условиях – Освіта.UA

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *