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.

Наука делается не только в лабораториях, полных дорогих приборов и людей в белых халатах. Многие основные идеи физики, химии и биологии можно показать прямо на кухонном столе с помощью того, что и так есть дома: уксуса, соли, молока, стеклянной бутылки или швейной иглы.

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.

Такие опыты не только развлекают, но и учат полезному: мир подчиняется правилам, которые мы можем открыть и понять. Когда ребёнок видит, как сода шипит в уксусе, и спрашивает почему, он делает то же, что делают учёные: внимательно наблюдает и ищет объяснение. Вот несколько лучших опытов, которые можно провести дома, и к каждому короткое объяснение того, что на самом деле происходит.

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.

Сода с уксусом считается классикой кухонной химии. Пищевая сода, или гидрокарбонат натрия, относится к основаниям, а в уксусе есть уксусная кислота. Когда они встречаются, начинается реакция, в которой образуются углекислый газ, вода и соль под названием ацетат натрия. Именно углекислый газ заставляет смесь шипеть и пузыриться.

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.

Чтобы получилось эффектнее, насыпьте горку соды в небольшой стаканчик или бутылку, а в уксус, прежде чем его вливать, добавьте несколько капель пищевого красителя и немного средства для мытья посуды. Моющее средство удерживает газ в пузырьках, и получается густая цветная пена, которая переливается через край, как лава. Сама идея опыта, то есть то, что кислоты и основания реагируют друг с другом, относится к основам химии. Кислоты и основания окружают нас повсюду: они есть в лимонном соке и мыле, в чистящих средствах и даже в нашем желудке, где соляная кислота помогает переваривать пищу.

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.

Бросьте несколько изюминок в стакан газированной воды или прозрачной газировки. Сначала они опускаются на дно. Потом одна за другой медленно поднимаются наверх, снова тонут и ещё долго так плавают вверх и вниз. Изюм показывает, как работают плотность и выталкивающая сила.

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.

Изюминка тонет, потому что её плотность больше плотности жидкости. Но на дне к её морщинистой кожице прилипают пузырьки углекислого газа. Каждый пузырёк работает как крошечный спасательный жилет: изюминка вместе с пузырьками занимает больше места, почти не становясь тяжелее, поэтому вместе они оказываются менее плотными, чем вода, и всплывают. У поверхности многие пузырьки лопаются, изюминка снова становится плотнее воды и идёт ко дну. Так продолжается, пока напиток не выдохнется. Многие рыбы пользуются похожим приёмом: они управляют глубиной, наполняя газом орган под названием плавательный пузырь или выпуская из него газ.

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.

Выращивание кристаллов относится к самым благодарным домашним опытам, и для него нужны только соль или сахар, горячая вода и терпение. Этот процесс называется кристаллизацией, и он показывает, насколько упорядочено вещество в самом мелком масштабе.

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.

Размешивайте соль в горячей воде, пока она не перестанет растворяться. Такой раствор называется насыщенным. Перелейте его в стакан и опустите туда кусок шершавой нитки, привязанной к карандашу, который лежит поперёк стакана. В следующие несколько дней вода понемногу испаряется, и оставшаяся жидкость уже не может удержать всю соль. Лишняя соль выходит из раствора и оседает на нитке. Постепенно появляются маленькие кристаллы с плоскими гранями и ровными рёбрами. Кристаллы соли часто похожи на крошечные кубики, потому что внутри них ионы натрия и хлора расположены в кубическом порядке, который повторяется миллионы раз. Эту форму никто не придумывает: она рождается из самой химии.

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.

Этот классический опыт показывает силу окружающего нас воздуха. Понадобятся стеклянная бутылка с горлышком чуть уже очищенного яйца, сваренного вкрутую, и несколько тонких полосок бумаги. Вместе со взрослым подожгите бумагу, бросьте её в бутылку и быстро положите яйцо на горлышко. Вскоре после того, как пламя погаснет, яйцо протиснется через горлышко и упадёт в бутылку, иногда с громким хлопком.

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.

Вот что происходит. Огонь нагревает воздух в бутылке, воздух расширяется, и часть его выходит наружу мимо яйца. Когда пламя гаснет, оставшийся воздух остывает, и его давление падает. Теперь воздух снаружи давит сильнее, чем воздух внутри, и вталкивает яйцо в бутылку. Часто говорят, что огонь сжигает кислород, но это влияет мало; основную работу делает остывание воздуха. Та же разница давлений удерживает присоски на кафеле и позволяет пить через соломинку. Мы редко замечаем давление воздуха, но на уровне моря оно давит на каждый квадратный сантиметр нашего тела с весом примерно в один килограмм.

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.

Работающий компас можно сделать из стальной швейной иглы, маленького магнита, миски с водой и листика или тонкого кружка пробки. Проведите одним концом магнита по игле около 30 раз, всегда в одном направлении. Так крошечные магнитные области внутри стали выстраиваются в одну сторону, и игла на время превращается в слабый магнит. Положите иглу на листик и пустите его плавать по спокойной воде. Игла будет медленно поворачиваться, пока не укажет на север и юг, вдоль магнитного поля Земли.

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.

Компас стал одним из великих изобретений в истории мореплавания. В 1088 году китайский учёный Шэнь Ко описал намагниченную иглу, указывающую на север и юг, а через несколько десятилетий китайские моряки уже пользовались компасом в море. К концу XII века компас добрался и до Европы. Веками никто не знал, почему он работает. Лишь в 1600 году английский учёный Уильям Гильберт предположил, что сама Земля ведёт себя как огромный магнит. Магнитное поле Земли не только направляет стрелки компасов: оно отклоняет большую часть солнечного ветра, потока заряженных частиц от Солнца, и тем самым помогает защитить нашу атмосферу.

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.

Налейте немного цельного молока в плоскую тарелку и капните ближе к центру пищевые красители разных цветов. Теперь окуните ватную палочку в средство для мытья посуды и коснитесь ею центра молока. Краски вдруг разбегаются в стороны и кружатся по тарелке, образуя яркие, постоянно меняющиеся узоры. Мало какой домашний опыт выглядит так впечатляюще.

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.

Объяснение связано с поверхностным натяжением и жиром. Молекулы воды на поверхности молока притягиваются друг к другу, поэтому поверхность ведёт себя немного как тонкая натянутая плёнка. Моющее средство ослабляет это притяжение там, где касается молока. Остальная поверхность, которая всё ещё сильно тянет, увлекает жидкость к краям и уносит с собой краски. В то же время молекулы моющего средства цепляются за крошечные капельки жира и белка в молоке и ещё какое-то время поддерживают движение жидкости. Краситель лишь делает это движение видимым. Похожим образом моющее средство отмывает жирные тарелки: один конец его молекулы притягивается к воде, а другой к жиру, поэтому средство обволакивает частички жира и позволяет воде их смыть.

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.

Невидимые чернила не просто детская игра. Шпионы пользовались ими веками, в том числе во время Войны за независимость США и обеих мировых войн. Самый простой вариант делают из лимонного сока. Окуните ватную палочку в лимонный сок и напишите сообщение на белой бумаге. Дайте ему полностью высохнуть, и надпись исчезнет. Чтобы прочитать её, попросите взрослого прогладить лист горячим утюгом, и буквы постепенно проступят коричневым цветом.

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.

Химия здесь простая. В лимонном соке есть сахара, лимонная кислота и другие вещества. При нагревании они разлагаются и начинают обугливаться при более низкой температуре, чем бумага, поэтому надпись темнеет, а бумага вокруг остаётся белой. Отчасти это окисление, то есть реакция с кислородом воздуха. Окисление относится к самым распространённым химическим реакциям вокруг нас. Из-за него в том числе темнеет разрезанное яблоко и желтеет старая бумага, и именно оно заставляет железо ржаветь.

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.

Многие знаменитые учёные начинали с очень простого оборудования. Майкл Фарадей вырос в бедной семье в Лондоне и почти не учился в школе. В 14 лет он стал учеником переплётчика, читал научные книги, которые проходили через мастерскую, и повторял описанные в них опыты на самодельных приборах. Позже, работая в Королевском институте, он открыл в 1831 году электромагнитную индукцию. На этом принципе основаны генераторы, которые сегодня вырабатывают большую часть нашего электричества.

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.

Наука зависит не столько от оборудования, сколько от образа мыслей: задавать вопросы, придумывать проверки, предсказывать результат и менять своё мнение, когда этого требуют факты. Этому можно научиться в любом возрасте и при любом бюджете. Опыт, который пошёл не так, как ожидалось, ещё не провал, если он приводит к новому вопросу. Некоторые важные открытия начались с неожиданности: Александр Флеминг открыл пенициллин в 1928 году, когда на одной из его чашек с бактериями выросла плесень, Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи в 1895 году, а Перси Спенсер придумал микроволновую печь после того, как у него в кармане растаяла шоколадка, пока он стоял рядом с радарной установкой.

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.

Наука повсюду в доме: в пузырьках в стакане газировки, в инее на зимнем окне, в красках заката и в том, как мыло смывает жир. Все эти привычные вещи можно объяснить, а многие из них можно проверить простыми опытами. В каком-то смысле дом служит хорошей лабораторией, потому что вопросы здесь рождаются из настоящей жизни.

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.

Поэтому, когда на кухне, в саду или в ванной что-то вас удивит, не проходите мимо. Остановитесь, присмотритесь и попробуйте понять, что за этим стоит: какая-то сила, химическая реакция или что-то живое. Именно с этого начинают учёные: заметить что-то странное и спросить почему.