Simple Science Experiments

Science doesn't only happen in laboratories full of expensive equipment and people in white coats. Many basic ideas in physics, chemistry and biology can be shown on a kitchen table with things you already have at home: vinegar, salt, milk, a glass bottle or a sewing needle.

Nauka nie dzieje się tylko w laboratoriach pełnych drogiego sprzętu i ludzi w białych fartuchach. Wiele podstawowych zasad fizyki, chemii i biologii można pokazać na kuchennym stole za pomocą rzeczy, które i tak mamy w domu: octu, soli, mleka, szklanej butelki albo igły do szycia.

Experiments like these are fun, but they also teach something useful: the world follows rules that we can discover and understand. When a child watches baking soda fizz in vinegar and asks why, they are doing what scientists do: watching carefully and looking for an explanation. Here are some of the best experiments to try at home, with a short explanation of what is really going on in each one.

Takie doświadczenia są zabawne, ale uczą też czegoś pożytecznego: świat działa według reguł, które możemy odkryć i zrozumieć. Kiedy dziecko widzi, jak soda oczyszczona musuje w occie, i pyta dlaczego, robi dokładnie to, co robią naukowcy: uważnie obserwuje i szuka wyjaśnienia. Oto kilka najlepszych doświadczeń do zrobienia w domu, każde z krótkim wyjaśnieniem tego, co naprawdę się dzieje.

Baking soda and vinegar is the classic piece of kitchen chemistry. Baking soda is sodium bicarbonate, a base, and vinegar contains acetic acid. When the two meet, they react and produce carbon dioxide gas, water and a salt called sodium acetate. The carbon dioxide is what makes the mixture fizz and bubble.

Soda oczyszczona z octem to klasyka kuchennej chemii. Soda oczyszczona to wodorowęglan sodu, czyli zasada, a ocet zawiera kwas octowy. Kiedy się spotkają, reagują ze sobą i powstają dwutlenek węgla, woda oraz sól zwana octanem sodu. To właśnie dwutlenek węgla sprawia, że mieszanina musuje i bulgocze.

For a better show, put a pile of baking soda in a small cup or bottle, then add a few drops of food coloring and a squirt of dish soap to the vinegar before you pour it in. The soap traps the gas in bubbles, so you get a thick, colorful foam that pours over the sides like lava. The idea behind it, that acids and bases react with each other, is one of the basics of chemistry. Acids and bases are all around us: in lemon juice and soap, in cleaning products and in our own stomachs, where hydrochloric acid helps break down food.

Żeby efekt był ciekawszy, nasyp kopczyk sody do małego kubeczka lub butelki, a do octu, zanim go wlejesz, dodaj kilka kropli barwnika spożywczego i odrobinę płynu do mycia naczyń. Płyn zatrzymuje gaz w pęcherzykach, więc powstaje gęsta, kolorowa piana, która wylewa się jak lawa. Idea, na której opiera się to doświadczenie, czyli to, że kwasy i zasady reagują ze sobą, należy do podstaw chemii. Kwasy i zasady są wszędzie: w soku z cytryny i w mydle, w środkach czystości, a nawet w naszym żołądku, gdzie kwas solny pomaga rozkładać pokarm.

Drop a few raisins into a glass of sparkling water or clear soda. At first they sink to the bottom. Then, one by one, they slowly rise to the top, sink again and keep going up and down for a long time. The raisins are showing you how density and buoyancy work.

Wrzuć kilka rodzynek do szklanki wody gazowanej albo przezroczystego napoju gazowanego. Najpierw opadają na dno. Potem jedna po drugiej powoli wypływają na powierzchnię, znowu opadają i długo tak krążą w górę i w dół. Rodzynki pokazują, jak działają gęstość i wypór.

A raisin sinks because it is denser than the liquid. On the bottom, though, bubbles of carbon dioxide stick to its wrinkled skin. Each bubble works like a tiny life jacket: the raisin and its bubbles take up more space without getting much heavier, so together they become less dense than the water and float up. At the surface many of the bubbles burst, the raisin is denser than the water again, and down it goes. This goes on until the drink goes flat. Many fish use a similar trick: they control their depth by adding gas to an organ called the swim bladder or letting gas out of it.

Rodzynka tonie, bo ma większą gęstość niż płyn. Na dnie jednak do jej pomarszczonej skórki przyczepiają się pęcherzyki dwutlenku węgla. Każdy pęcherzyk działa jak malutka kamizelka ratunkowa: rodzynka razem z pęcherzykami zajmuje więcej miejsca, a prawie nie staje się cięższa, więc razem mają mniejszą gęstość niż woda i wypływają. Na powierzchni wiele pęcherzyków pęka, rodzynka znów ma większą gęstość niż woda i opada. Trwa to, dopóki napój nie zwietrzeje. Wiele ryb stosuje podobną sztuczkę: reguluje głębokość, napełniając gazem narząd zwany pęcherzem pławnym albo wypuszczając z niego gaz.

Growing crystals is one of the most rewarding experiments you can do at home, and all you need is salt or sugar, hot water and patience. The process is called crystallization, and it shows how neatly matter is organized at the smallest scale.

Hodowanie kryształów to jedno z najbardziej satysfakcjonujących domowych doświadczeń, a potrzeba do niego tylko soli lub cukru, gorącej wody i cierpliwości. Ten proces nazywa się krystalizacją i pokazuje, jak uporządkowana jest materia w najmniejszej skali.

Stir salt into hot water until no more will dissolve. This is called a saturated solution. Pour it into a glass and hang a rough piece of string into it from a pencil laid across the top. Over the next few days the water slowly evaporates, and the liquid that is left can't hold all the salt. The extra salt comes out of the solution and settles on the string. Little by little, small crystals with flat faces and straight edges appear. Salt crystals are often shaped like tiny cubes, because inside them sodium and chloride ions are arranged in a cubic pattern that repeats millions of times. Nobody designs this shape; it comes from the chemistry itself.

Wsypuj sól do gorącej wody i mieszaj, aż przestanie się rozpuszczać. Taki roztwór nazywa się nasyconym. Przelej go do szklanki i zawieś w nim kawałek szorstkiego sznurka przywiązanego do ołówka położonego w poprzek szklanki. Przez kolejne dni woda powoli paruje, a pozostały płyn nie jest w stanie utrzymać całej soli. Nadmiar soli wydziela się z roztworu i osiada na sznurku. Stopniowo pojawiają się małe kryształy o płaskich ścianach i prostych krawędziach. Kryształy soli często mają kształt malutkich sześcianów, bo w ich wnętrzu jony sodu i chlorku ułożone są w sześcienny wzór, który powtarza się miliony razy. Nikt nie projektuje tego kształtu; wynika on z samej chemii.

This classic experiment shows the force of the air around us. You need a glass bottle whose neck is a little narrower than a peeled hard-boiled egg, and a few thin strips of paper. With an adult's help, light the paper, drop it into the bottle and quickly set the egg on the opening. Soon after the flame goes out, the egg is squeezed through the neck and drops into the bottle, sometimes with a loud pop.

To klasyczne doświadczenie pokazuje siłę otaczającego nas powietrza. Potrzebna jest szklana butelka z szyjką nieco węższą niż obrane jajko na twardo oraz kilka cienkich pasków papieru. Z pomocą dorosłego zapal papier, wrzuć go do butelki i szybko połóż jajko na otworze. Niedługo po tym, jak płomień zgaśnie, jajko zostaje wciśnięte przez szyjkę i wpada do butelki, czasem z głośnym pyknięciem.

Here is what happens. The fire heats the air in the bottle, the air expands, and some of it escapes past the egg. When the flame goes out, the air that is left cools and its pressure drops. Now the air outside pushes harder than the air inside, and it forces the egg into the bottle. People often say that the fire uses up the oxygen, but that has only a small effect; the cooling of the air does most of the work. The same difference in pressure makes suction cups stick to tiles and lets you drink through a straw. We rarely notice air pressure, but at sea level it presses on every square centimeter of your body with the weight of about one kilogram.

Oto co się dzieje. Ogień ogrzewa powietrze w butelce, powietrze się rozszerza i część uchodzi bokiem obok jajka. Kiedy płomień gaśnie, pozostałe powietrze stygnie, a jego ciśnienie spada. Teraz powietrze na zewnątrz naciska mocniej niż powietrze w środku i wpycha jajko do butelki. Często mówi się, że ogień zużywa tlen, ale ma to niewielkie znaczenie; większość pracy wykonuje stygnięcie powietrza. Ta sama różnica ciśnień sprawia, że przyssawki trzymają się kafelków i że możemy pić przez słomkę. Rzadko zauważamy ciśnienie powietrza, ale na poziomie morza naciska ono na każdy centymetr kwadratowy naszego ciała z ciężarem około jednego kilograma.

You can make a working compass with a steel sewing needle, a small magnet, a bowl of water and a leaf or a thin slice of cork. Stroke the needle with one end of the magnet about 30 times, always in the same direction. This lines up tiny magnetic regions inside the steel and turns the needle into a weak magnet for a while. Lay the needle on the leaf and float it on still water. It will slowly turn until it points north and south, in line with Earth's magnetic field.

Działający kompas można zrobić ze stalowej igły do szycia, małego magnesu, miski z wodą i liścia albo cienkiego plasterka korka. Pocieraj igłę jednym końcem magnesu około 30 razy, zawsze w tym samym kierunku. Dzięki temu malutkie obszary magnetyczne w stali ustawiają się w jedną stronę, a igła na jakiś czas staje się słabym magnesem. Połóż igłę na liściu i puść go na spokojną wodę. Igła będzie się powoli obracać, aż wskaże północ i południe, ustawiając się zgodnie z polem magnetycznym Ziemi.

The compass is one of the great inventions in the history of navigation. In 1088 the Chinese scholar Shen Kuo described a magnetized needle that pointed north and south, and a few decades later Chinese sailors were using compasses at sea. By the end of the 12th century they had reached Europe too. For centuries nobody knew why they worked. Only in 1600 did the English scientist William Gilbert suggest that Earth itself behaves like a giant magnet. Earth's magnetic field does more than guide compass needles: it also turns aside most of the solar wind, a stream of charged particles from the Sun, and so helps protect our atmosphere.

Kompas to jeden z wielkich wynalazków w historii żeglugi. W 1088 roku chiński uczony Shen Kuo opisał namagnesowaną igłę wskazującą północ i południe, a kilka dziesięcioleci później chińscy żeglarze używali już kompasów na morzu. Pod koniec XII wieku dotarły one także do Europy. Przez stulecia nikt nie wiedział, dlaczego działają. Dopiero w 1600 roku angielski uczony William Gilbert zasugerował, że sama Ziemia zachowuje się jak olbrzymi magnes. Pole magnetyczne Ziemi nie tylko kieruje igłami kompasów: odchyla też większość wiatru słonecznego, czyli strumienia naładowanych cząstek ze Słońca, i w ten sposób pomaga chronić naszą atmosferę.

Pour some whole milk into a shallow plate and add drops of different food coloring near the middle. Now dip a cotton swab in dish soap and touch it to the center of the milk. The colors suddenly rush outward and swirl around the plate in bright, changing patterns. Few experiments you can do at home look this impressive.

Wlej trochę pełnotłustego mleka na płaski talerz i dodaj krople barwników spożywczych w różnych kolorach w pobliżu środka. Teraz zanurz patyczek higieniczny w płynie do mycia naczyń i dotknij nim środka mleka. Kolory nagle rozbiegają się na boki i wirują po talerzu, tworząc jaskrawe, ciągle zmieniające się wzory. Niewiele domowych doświadczeń wygląda tak efektownie.

The explanation has to do with surface tension and fat. Water molecules at the surface of the milk pull on each other, so the surface acts a bit like a thin, stretched skin. Soap weakens this pull where it touches the milk. The rest of the surface, which still pulls strongly, drags the liquid away toward the edges and carries the colors with it. At the same time, soap molecules attach to tiny drops of fat and protein in the milk and keep the liquid moving for a while. The food coloring simply makes this movement visible. Soap cleans greasy plates in a similar way: one end of a soap molecule is attracted to water and the other end to fat, so soap surrounds bits of grease and lets the water wash them away.

Wyjaśnienie wiąże się z napięciem powierzchniowym i tłuszczem. Cząsteczki wody na powierzchni mleka przyciągają się nawzajem, dlatego powierzchnia zachowuje się trochę jak cienka, napięta skórka. Płyn do naczyń osłabia to przyciąganie w miejscu, w którym dotyka mleka. Reszta powierzchni, która wciąż mocno ciągnie, odciąga płyn ku brzegom i zabiera ze sobą kolory. Jednocześnie cząsteczki płynu przyczepiają się do malutkich kropelek tłuszczu i białka w mleku i przez jakiś czas utrzymują płyn w ruchu. Barwnik tylko sprawia, że ten ruch staje się widoczny. Płyn do naczyń w podobny sposób czyści tłuste talerze: jeden koniec jego cząsteczki przyciąga woda, a drugi tłuszcz, więc płyn otacza resztki tłuszczu i pozwala wodzie je spłukać.

Invisible ink isn't only a children's game. Spies used it for centuries, including during the American Revolution and both World Wars. The simplest version uses lemon juice. Dip a cotton swab in lemon juice and write a message on white paper. Let it dry completely, and the writing disappears. To read it, ask an adult to run a hot iron over the paper, and the letters slowly appear in brown.

Niewidzialny atrament to nie tylko zabawa dla dzieci. Szpiedzy używali go przez wieki, między innymi w czasie amerykańskiej wojny o niepodległość i obu wojen światowych. Najprostsza wersja powstaje z soku z cytryny. Zanurz patyczek higieniczny w soku z cytryny i napisz wiadomość na białej kartce. Pozwól jej całkowicie wyschnąć, a napis zniknie. Żeby go odczytać, poproś dorosłego, aby przeprasował kartkę gorącym żelazkiem, a litery powoli pojawią się w kolorze brązowym.

The chemistry is simple. Lemon juice contains sugars, citric acid and other substances. When they are heated, they break down and start to burn at a lower temperature than paper does, so the writing turns brown while the paper around it stays white. Part of this change is oxidation, a reaction with the oxygen in the air. Oxidation is one of the most common chemical reactions around us: it helps turn a cut apple brown and old paper yellow, and it is also what makes iron rust.

Chemia jest tu prosta. Sok z cytryny zawiera cukry, kwas cytrynowy i inne substancje. Pod wpływem ciepła rozkładają się one i zaczynają się zwęglać w niższej temperaturze niż papier, dlatego napis brązowieje, a papier wokół pozostaje biały. Częścią tej przemiany jest utlenianie, czyli reakcja z tlenem z powietrza. Utlenianie to jedna z najczęstszych reakcji chemicznych wokół nas: przyczynia się do brązowienia pokrojonego jabłka i żółknięcia starego papieru, a także sprawia, że żelazo rdzewieje.

Many famous scientists started out with very simple equipment. Michael Faraday grew up poor in London and had little schooling. At 14 he became an apprentice to a bookbinder, read the science books that passed through the shop and tried out their experiments with homemade equipment. Later, working at the Royal Institution, he discovered electromagnetic induction in 1831. This is the principle behind the generators that produce most of our electricity today.

Wielu słynnych naukowców zaczynało od bardzo prostego sprzętu. Michael Faraday dorastał w biedzie w Londynie i prawie nie chodził do szkoły. W wieku 14 lat został uczniem introligatora, czytał książki naukowe, które przechodziły przez warsztat, i powtarzał opisane w nich doświadczenia za pomocą własnoręcznie zrobionych przyrządów. Później, pracując w Royal Institution, odkrył w 1831 roku indukcję elektromagnetyczną. Na tej zasadzie opierają się prądnice, które dziś wytwarzają większość naszej energii elektrycznej.

Doing science is less about equipment than about a way of thinking: asking questions, planning tests, predicting what will happen and changing your ideas when the evidence says so. These skills can be learned at any age and on any budget. An experiment that doesn't go as expected isn't a failure if it leads to a new question. Some important discoveries began as surprises: Alexander Fleming found penicillin in 1928 when mold grew on one of his dishes of bacteria, Wilhelm Röntgen discovered X-rays in 1895, and Percy Spencer came up with the microwave oven after a chocolate bar melted in his pocket while he stood next to radar equipment.

Uprawianie nauki to mniej kwestia sprzętu, a bardziej sposobu myślenia: zadawania pytań, planowania prób, przewidywania, co się stanie, i zmieniania poglądów, gdy wskazują na to dowody. Tych umiejętności można się nauczyć w każdym wieku i przy każdym budżecie. Doświadczenie, które nie wyszło tak, jak się spodziewaliśmy, nie jest porażką, jeśli prowadzi do nowego pytania. Niektóre ważne odkrycia zaczęły się od niespodzianki: Aleksander Fleming odkrył penicylinę w 1928 roku, gdy na jednej z jego szalek z bakteriami wyrosła pleśń, Wilhelm Röntgen odkrył promieniowanie rentgenowskie w 1895 roku, a Percy Spencer wpadł na pomysł kuchenki mikrofalowej, gdy stojąc przy urządzeniu radarowym, zauważył, że w kieszeni roztopił mu się batonik czekoladowy.

Science is everywhere at home: in the bubbles in a glass of soda, the frost on a winter window, the colors of a sunset and the way soap removes grease. All of these everyday things can be explained, and many of them can be tested with simple experiments. In some ways a home is a good laboratory, because the questions come from real life.

Nauka jest wszędzie w domu: w bąbelkach w szklance napoju gazowanego, w szronie na zimowej szybie, w kolorach zachodu słońca i w tym, jak mydło usuwa tłuszcz. Wszystkie te codzienne zjawiska da się wyjaśnić, a wiele z nich można sprawdzić prostymi doświadczeniami. W pewnym sensie dom jest dobrym laboratorium, bo pytania biorą się z prawdziwego życia.

So when something in the kitchen, garden or bathroom surprises you, don't simply move on. Stop, look closely and try to work out what is behind it: a force, a chemical reaction or something alive. Noticing something odd and asking why is exactly how scientists begin.

Dlatego kiedy w kuchni, w ogrodzie albo w łazience coś cię zaskoczy, nie przechodź po prostu obok. Zatrzymaj się, przyjrzyj się uważnie i spróbuj ustalić, co się za tym kryje: siła, reakcja chemiczna czy coś żywego. Zauważenie czegoś dziwnego i zapytanie dlaczego to dokładnie to, od czego zaczynają naukowcy.