Złamane zapałki “ożywają” i prostują się po skropieniu wodą. To przykład siły, która unosi wodę na wysokość stumetrowego drzewa.
Co nam będzie potrzebne?
- 5 drewnianych zapałek
- kilka kropel wody
- płaski talerz lub plastikowa tacka
Zapałki powinny być całkowicie suche i nieprzewilgocone – nie używaj zapałek, które stały długo przy wilgoci, bo mogą być już lekko napęczniałe i efekt będzie słabszy.
Jak wykonać doświadczenie?
Złam każdą zapałkę dokładnie w połowie, ale nie przecinaj jej całkowicie – zostaw cienkie włókno drewna łączące obie połówki. Złamanie powinno być wyraźne, tak żeby obie połówki swobodnie opadały pod kątem. Im głębsze złamanie (bez zerwania włókna), tym lepiej widoczny efekt.
Ułóż pięć złamanych zapałek na talerzu tak, żeby tworzyły gwiazdę – złamane końce wszystkich zapałek stykają się w jednym punkcie pośrodku, a każda zapałka układa się jak ramię gwiazdy. Upewnij się, że końce naprawdę się stykają i tworzą zwartą grupę.
Nabierz wodę na czubek palca lub użyj pipety i wpuść kilka kropel dokładnie w miejsce złamań, na środek gwiazdy. Nie zalewaj – wystarczą 3–5 małych kropel.
Odczekaj minutę lub dwie, obserwując uważnie. Zapałki powoli, jakby niechętnie, zaczną się prostować i rozsuwać. Gwiazdka otwiera się coraz szerzej, ramiona wyprostowują się – i po chwili masz przed sobą regularną, symetryczną gwiazdę z prawie prostych zapałek.
Obejrzyj film
Wyjaśnienie naukowe
Drewno zbudowane jest z długich komórek roślinnych, których ściany zawierają celulozę – polisacharyd zdolny do wchłaniania wody. Gdy suche drewno zetknie się z wodą, cząsteczki wody wnikają między łańcuchy celulozy i wypychają je od siebie nawzajem. Włókna dosłownie pęcznieją – zwiększają swoją objętość o kilka do kilkunastu procent. To zjawisko nazywamy higroskopijnością drewna.
W złamanej zapałce zerwane zostały zewnętrzne włókna drewna, a wewnętrzne pozostały nienaruszone. Kiedy woda nasącza drewno przy miejscu złamania, te wewnętrzne, ciągłe włókna pęcznieją i próbują wrócić do swojej pierwotnej, prostej długości. Siła ta wyprostowuje zgięcie i unosi ramiona gwiazdy.
To ten sam mechanizm, który sprawia, że drewniane deski podłogowe falują przy dużej wilgotności powietrza (drewno pęcznieje i nie ma dokąd rosnąć), stare drewniane drzwi zacinają się latem (wilgotne drewno rośnie i zapycha framugę), a drewniane łodzie po długim staniu w suchym miejscu przeciekają przez pierwsze godziny na wodzie – dopiero gdy drewno napęcznieje, szczeliny się zamykają.
W naturze analogiczne zjawisko napędza transport wody w roślinach: ciśnienie osmotyczne i kapilarność pozwalają wodzie wchodzić w drobne szczeliny tkanki roślinnej i wywierać siłę wystarczającą do uniesienia wody na ponad 100 metrów – na taką wysokość rosną najwyższe drzewa świata, sekwoje.
Warianty
Zapałki z różnych materiałów – spróbuj wykałaczkami z drewna brzozowego, bambusu lub patyczkami do lodów. Każdy materiał wchłania wodę w innym tempie – porównaj, które “ożywają” szybciej.
Gwiazdka z więcej zapałkami – zamiast 5, ułóż 8 lub 10 zapałek. Efekt jest bardziej symetryczny i wizualnie imponujący. Możesz też eksperymentować z kształtem – zamiast gwiazdy ułóż spiralę.
Test temperatury wody – wpuść na jeden zestaw zapałek zimną wodę, na drugi ciepłą. Ciepła woda sprawia, że efekt pojawia się szybciej, bo wnikanie wody do drewna jest szybsze w wyższej temperaturze. Zmierz stoperem różnicę czasu.
Często zadawane pytania
Dlaczego zapałki muszą być złamane, a nie przecięte nożem? Nóż przecina włókna równo i czysto – nie zostaje żadne ciągłe włókno łączące obie połówki. Złamanie natomiast zrywa zewnętrzne włókna, ale zostawia wewnętrzne nienaruszone – i to właśnie te wewnętrzne włókna pęcznieją i prostują zgięcie. Bez ciągłego włókna nie ma co prostować.
Czy efekt zadziała z wykałaczkami zamiast zapałek? Tak! Wykałaczki działają równie dobrze, a niektóre – zrobione z bardziej chłonnego drewna – prostują się nawet szybciej. Wykałaczki bambusowe mogą reagować wolniej, bo bambus technicznie nie jest drewnem i ma inną, bardziej zbita strukturę komórkową.
Co się stanie, gdy zapałki zupełnie wyschną? Zapałki powrócą do stanu zgiętego. Pęcznienie jest odwracalne – gdy woda wyparuje, włókna wracają do pierwotnych rozmiarów i zgięcie wraca. Możesz powtórzyć eksperyment wielokrotnie z tymi samymi zapałkami.