1. Vyplouváme!
Voda je skoro všude. Proč je pro nás tak důležitá? Může téct voda ze zubů? Proč je voda v rybníce pořád skoro stejně studená, i když je venku horko? A proč má kapr úplně jiné maso než kráva?
Záhada plovoucího pomeranče
Na úvod pro tebe máme malý ovocný plovací hlavolam. Budeš potřebovat čerstvý pomeranč a nádobku s vodou, do které se tvůj pomeranč pohodlně vejde. Máš? Tak teď si tipni: plove pomeranč na vodě? To ještě není ta hádanka, jasně, že plove, klidně si to vyzkoušej! Hlavolam následuje teď. Zkus zařídit, aby se tvůj pomeranč potopil na dno nádobky s vodou. Dokážeš to udělat jinak, než že na pomeranč zatlačíš nebo že na něj pověsíš nějaké závaží? Jde to! Zkus na to přijít sám/sama. Naše řešení ti samozřejmě na konci našeho povídání prozradíme.
Voda v nás a kolem nás
O vodě a plování bude celé naše MjUNI-téma. Voda je úplně všude: její složky, vodík a kyslík, jsou nejčastější prvky ve vesmíru. Jako kapalina pokrývá skoro tři čtvrtě povrchu Země. I ty jsi jí doslova plný: tvoří také okolo tří čtvrtin lidského těla, u novorozenců je to o maličko víc, jak stárneme, pomalu vysycháme. Voda je životní prostředí pro řadu živých organismů – ty přijímají vodu jednak z vnějšku, jednak si ji nosí v sobě. Podívej se, v čem je kolik vody – slož si puzzle.
V čem je kolik vody?
Přiřaď k předmětu, kolik procent vody obsahuje. Jak je vidět, voda je ve všem, co tě napadne.
To, že je voda v ústech v podobě slin, asi nikoho nepřekvapí. Věděli jste ale, že voda je i v zubech? Zubní sklovina jí obsahuje 4 %, zubovina 10 % a zubní cement dokonce 12 %. Jakmile je zub trvale vyjmut z jeho přirozeného prostředí, vysychá a objevují se v něm mikroprasklinky.
„To jsou věci! Já si myslel, že když někdo říká, že mu teče voda ze zubů, že přehání!“
Proč je pro nás voda tak důležitá? Je výborné rozpouštědlo, důvod je v její struktuře – molekula vody má kladný a záporný konec, takže různé látky (třeba cukr nebo sůl, ale třeba i vodovky) ráda rozpouští na ionty. Navíc má voda schopnost v sobě vázat různé plyny, například oxid uhličitý (bublinky v minerálkách), ale především kyslík (tak dýchají ryby). Dobře se přemisťuje, takže může v tělech přenášet potřebné látky z místa na místo a dokáže se protlačit i skrz buněčnou stěnu. Pokud je navíc obohacená o minerální látky či ionty, je vynikající vodič elektrického proudu. A řízení organismu probíhá právě prostřednictvím elektrických signálů.
Kromě toho všeho, voda je prostředí zajišťující teplotní stálost. Aby se voda ochladila, je jí třeba sebrat obrovské množství energie. Přemýšlel jsi někdy, proč se prázdná pánvička na plotně rozpálí tak rychle, ale ohřát trochu vody trvá poměrně dlouho? Anebo proč je písek na pláži ráno studený a na odpoledním slunci rozžhavený k nevydržení, a přitom voda v moři nebo v rybníce je teplá po celý den skoro stejně?
Rybník jako držák stálé teploty
Jedeš na výlet někam, kde nemáš zajištěnu ledničku, a přece máš chuť dát si k snídani rohlík s máslem? Žádný problém, obrať se pro radu k našim babičkám. Ty uchovávaly máslo na chladném místě, ponořené do studniční vody. Voda máslo ochlazovala, takže ani v těchto podmínkách nedošlo k jeho žluknutí.
Chemie na talíři
Další možností, jak konzervovat máslo, je zbavit ho vody úplně. Například přepuštěním - rozpuštěním másla a odpařením těch dvaceti procent vody, které v másle jsou. Anebo nasolením. Tyto inspirace jsme získali z knížky Chemie na talíři autora Ondřeje Dvořáka.
Dozvíš se v ní hodně zajímavého nejen o umění kuchařském, ale i o chemických vzorcích, rovnicích a také o tom, co se děje při přípravě oběda. Chemik prostě pracuje v laboratoři zvané kuchyně a fyzik je jeho věrný spolupracovník!
Tepelná bilance vody je vysoká – abys ohřál jeden litr vody o jeden stupeň Celsia (1 °C), musíš mu dodat teplo přes čtyři tisíce joule (4 000 J)! To je opravdu hodně – k ohřátí jednoho kilogramu železa stačí desetina této hodnoty, k ohřátí kilogramu lihu polovina. A k čemu to připodobnit? Co třeba k tomu, že tuto práci vykonáš, když čtyřicetkrát zvedneš desetikilogramovou činku ze země na stůl! Jak moc bys pak musel pracovat, abys přivedl čerstvě roztátou vodu k teplotě varu?
Otázka: K ohřátí jednoho kilogramu vody o jeden stupeň Celsia je zapotřebí dodat energii 4000 joule. Jak velkou energii je potřeba dodat k ohřátí jednoho kilogramu vody z 0 °C na 100 °C?
Odpověď
Správnou odpovědí je: 400 000 J.
Teplotní rozdíl je stokrát větší, musí být stokrát větší i energie.
Stejným způsobem funguje i ohřívání většího množství vody – čím více vody, tím větší energii musíme dodat. Když pracujeme v kuchyni, je to nepříjemné – ohřev vody trvá poměrně dlouho.
„Pozorovaná voda nevaří! (A dost často se ani neohřívá.)“
Na druhé straně – voda se dá využít k ukládání tepla, a tedy energie. Ať už v systému horkovodního vytápění, anebo v systému přírodním – podnebí v přímořských oblastech je jiné než podnebí ve vnitrozemí. Jsou zde jiné teplotní rozdíly mezi létem a zimou – to už víme proč – a jiné rozložení srážek během roku – za ty může vzdušná vlhkost a vypařování vody.
Zjisti více: Podnebí
Podívej se, jaký je rozdíl mezi podnebím ve dvou městech, které leží ve stejném podnebném pásu, ale jedno na pobřeží a druhé ve vnitrozemí – červená čára jsou teploty, modré sloupce srážky.
Chcípáčci a svalovci
Život vznikl ve vodě a ta si ho patřičně hýčkala. Nedostatek vzduchu nikdy nebyl problém: vodní živočichové dýchají kyslík obsažený ve vodě. Zajímavé je, že čím je voda chladnější, tím více kyslíku obsahuje. Naopak, když se život kdysi rozhodl vyplazit na souš, musel vyřešit dvě věci - dýchání obyčejného vzdušného kyslíku a pořádné svaly. Opravdu: zajdi si do obchodu a podívej se na maso rybí, ptačí a maso savce. To první je tvořeno řídkou svalovinou, ta druhá dvě solidními svalovými vlákny. Důvod? Vodní živočich je nadnášen ve vodní kolébce – cokoliv je v něm z vody nebo lehčí, tím je velmi snadné pohybovat. A proto nemusí mít rybí svalovina příliš velký výkon.
Zjisti více: Tuňák
Zjisti více o tuňákovi – proč právě on je výjimkou z předchozího tvrzení?
Jak ale voda nadnáší, proč nadnáší a jakou silou, to už není otázka pro biology, ale pro fyziky. Souvisí to hlavně s hustotou. Tak vzhůru do dalších kapitol!