Применение законов физики при приготовлении пищи с помощью подручных материалов

Опубликовано Максим Николаевич Чмелёв вкл 14.08.2024 - 15:28

Автор:

Смирнова Полина, Гущина Ангелина

В данной исследовательской работе описаны способы приготовления пищи с применением законов физики.

Скачать:

Вложение	Размер
ver1.docx	568.33 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №5 г. Охи имени кавалера ордена Мужества Алексея Викторовича Беляева

ПРОЕКТНАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:

«ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНОВ ФИЗИКИ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ ПИЩИ С ПОМОЩЬЮ ПОДРУЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Выполнили:

Ученицы 10 класса

Гущина Ангелина

Смирнова Полина

Научный руководитель:

Чмелёв Максим Николаевич

учитедь физики

МБОУ СОШ №5 г. Охи

г. Оха

2022

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………3

Теоретическая часть……………………………………………………………….4

Практическая часть………………………………………………………………..7

Заключение………………………………………………………………………...11

Использованная литература………………………………………………………12

Введение

Данная научно-исследовательская работа посвящена применению законов физики в приготовлении пищи. Нам стало интересно узнать, как при помощи физических законов и подручных материалов можно приготовить некоторые блюда.

Предмет исследования- законы физики.

Объект исследования- применение законов физики при приготовлении пищи.

Актуальность

Каждый при приготовлении различных блюд мы используем физические законы, не задумываясь об этом и не подозревая их важности. Поэтому, своей исследовательской работой мы хотим показать, как и какие законы физики можно использовать в бытовых условиях, в знакомой каждому среде – на кухне.

Цель работы- выявить и описать действие законов физики в приготовлении пищи.

Для достижения поставленной цели нами были поставлены следующие задачи:

1. Изучить явления и законы тепловых, электрических процессов (в частности, закон Джоуля-Ленца, явление короткого замыкания); а также технику безопасности при работе со спиртовыми горелками и электронагревательными приборами (утюгом);

2. составить меню блюд;

3. найти и применить различные способы приготовления этих блюд с помощью подручных средств;

4. провести пробные опыты;

5. написать доклад.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Любое исследование начинается с изучения теории, а тем более проведение физических опытов требует тщательной теоретической подготовки.

Изучение законов термодинамики.

Термодинамика – раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В термодинамике имеют дело не с отдельными молекулами, а с макроскопическими телами, состоящими из огромного числа частиц. Эти тела называются термодинамическими системами.

Термодинамика изучает закон теплового движения и влияние теплового движения на свойства самих тел, в которых оно происходит. Термодинамика основывается на трех началах или на трех законах, в основе которых лежат не гипотезы, а огромный экспериментальный материал. Потому и считают эти законы точными, с их помощью можно проверить новые закономерности, которые выводятся в науке.

Для нашей исследовательской работы необходимо знать Первое начало термодинамики, которое утверждает, что теплота, полученная системой, идёт на увеличение внутренней энергии системы и на совершение этой системой работы, то есть изменение внутренней энергии тела равно сумме сообщенной ему работы и переданного ему тепла.

Первый закон термодинамики:

∆U=A+Q

∆U — изменение внутренней энергии (Дж);

А — работа внешних сил (Дж);

Q — количество теплоты, переданной системе (Дж).

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутренней энергией – энергией теплового (поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия.

Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: путем совершения работы и путем теплообмена.

Известно, что в процессе превращения энергии действует закон сохранения энергии (Закон сохранения энергии – фундаментальный закон природы. «Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной. Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение/уменьшение ее энергии равно убыли/возрастанию энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.»).

Поскольку тепловое движение тоже механическое (только не направленное, а хаотическое), то при всех превращениях должен выполняться закон сохранения энергии не только внешних, но и внутренних движений.

Изучение закона Джоуля–Ленца. Явление короткого замыкания.

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо один от другого установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Это положение называется законом Джоуля– Ленца.

Преодолевая сопротивление проводника, электрический ток выполняет работу, в процессе которой в проводнике выделяется тепло. Свободные электроны при своем движении сталкиваются с атомами и молекулами и при этих столкновениях механическая энергия движущихся электронов переходит в тепловую.

Q = I2Rt

Q — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени (Дж);

I — сила тока (А);

R — сопротивление (Ом);

t — время (с).

Понятие короткого замыкания.

Короткое замыкание (КЗ) – электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. При существовании в цепи короткого замыкания сила тока резко возрастает. Согласно закону Джоуля-Ленца, возрастание силы тока может привести к перегреванию проводов и возникновению пожара.

Закон Архимеда. Плавание тел.

Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, по которому погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости. То есть, на тело, погруженное полностью или частично в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом. Эта сила называется Архимедовой силой.

Формула архимедовой силы для жидкости:

FА = ρжgVт

ρж — плотность жидкости (кг/м3)

Vт — объем тела (м3)

g — ускорение свободного падения (м/с2)

При этом сила выталкивания, по природе сила давления, зависит от плотности жидкости, а вес от плотности тела. Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса, и тем глубже оно погрузится.

Плавание – способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определённом уровне внутри жидкости или газа. Плавание тел объясняется законом Архимеда.

В ходе изучения материала и подготовки опытов мы открыли для себя удивительный мир физики и кулинарии. Готовил и проводили опыты, искал доступные методы приготовления привычных блюд новыми способами с помощью подручных материалов.

Сформулируем условия плавания тел:

Если сила тяжести больше, чем сила Архимеда, то тело тонет.
Если сила тяжести меньше, чем сила Архимеда, то тело всплывает.
Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело плавает в жидкости.

Такие условия можно сформулировать немного иначе:

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости, то тело тонет.
Если плотность тела меньше, чем плотность жидкости, то тело всплывает.
Если их плотности приблизительно равны, то тело плавает в толще жидкости.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Так как нашей целью является проведение физических опытов, в результате которых мы получим готовые к употреблению блюда, и, чтобы не тратить много времени, то мы решили выбрать те блюда, которые не займут много времени в приготовлении.

Таким образом мы определились с меню:

1. Яйцо пашот.

2. Запечённый фаршированный помидор.

3. Жареный тост.

1.Яйцо пашот.

Мы выбрали не традиционный способ варки яйца, потому что обычное яйцо варится около 10-15 минут, а яйцо пашот 3-4 минуты, и к тому же это очень вкусное блюдо.

Яйцо пашот – это блюдо высокой французской кухни и имеет французское происхождение. Этому рецепту до сих пор обучают в высшей французской кулинарной школе – Le Cordon Bleu.

Для приготовления этого блюда яйцо обязательно должно быть свежим.

Проверить свежесть яйца можно, опустив его в воду. Если яйцо не первой свежести, оно встанет на дно, тупым концом вверх. Если яйцо свежее, оно ляжет на бок на дне. Чем дольше яйцо будет несвежим, тем выше в емкости оно будет плавать.

(фото проверенного яйца)

Почему яйцо тонет? Согласно условию плавания тел сила тяжести яйца больше силы Архимеда. Если же яйцо будет не свежим и в нем будет много воздуха, то оно начинает всплывать, так как сила тяжести станет меньше Архимедовой силы.

Яйцо пашот варится из разбитых яиц, помещенных в горячую воду. Проще говоря, это яйца, сваренные в воде без скорлупы. Благодаря такой технологии варки, яйцо-пашот обладает нежнейшим и жидковатым желтком, которое окутано в мягкий белок.

Теперь нужно определиться как готовить яйцо нам. Просто сварить яйцо в кастрюле на спиртовой горелке – не интересно и дольше по времени, поэтому варить мы решили готовить его в бумажной ёмкости.

Мы налили в ёмкость воду, закрепили его в штативе и зажгли спиртовку. Почему же бумажная ёмкость не горит?

Согласно закону теплообмена происходит процесс теплообмена между веществами, поглощение теплоты (энергии) воды и бумаги от спиртовки по закону теплового баланса. Вся теплота, выделяющаяся при горении, идет на нагревание воды. Вода поглощает тепло, поступающее к бумаге, и начинает кипеть при температуре 100 ºС. Температура воды не станет выше, поэтому бумага не достигнет температуры, при которой она загорится – 230 ºС, пока вся вода не испарится.

Существует несколько способов варки яйца, которые мы раннее опробовали дома.

Сначала традиционный способ – в кипящей воде, создать при помощи ложки «воронку» и влить в нее яйцо. В кастрюле получилось все замечательно.

Но когда мы начали варку яйца в бумажной ёмкости, то столкнулись с рядом трудностей. Во-первых, в ней трудно создать достаточную воронку, чтобы яйцо окунулось в кипяток и белок схватился. Во-вторых, яйцо опускается на дно и намертво приваривается к бумаге, если в кастрюле можно слегка поддеть пластиковой лопаточкой яйцо, и оно снова закружится в воде, то с бумагой такое не проходит.

Поэтому от традиционного способа нам пришлось отказаться в пользу современного -Яйцо в пакете.

Мы накрыли тарелку пищевой пленкой и разбили туда яйцо. Нужно быть осторожно и не повредить желток. Заворачиваем пищевую пленку в мешочек, опускаем его в кипящую воду. Варим 3-4 минуты.

Готовое яйцо нужно вытащить из воды и дать остыть, не разворачивая пленку в течение одной минуты. После освобождаем яйцо от пленки, выкладываем на тарелку. Соль, перец – по вкусу. Перед подачей сделать надрез посередине яйца.

2. Запечённый фаршированный помидор.

Начинку мы решили выбрать не сложную, чтобы не тратить много времени на приготовление. Из множества рецептов, мы остановились на начинке из сыра, зелени и чеснока.

Помидор мы запекали в фольге на пламени спиртовой горелки.

Согласно закону теплообмена происходит процесс теплообмена между веществами, но в определенной среде, например, паровая кухня. Фольга играет роль диэлектрика, не позволяющая передачу энергии окружающей среде (воздуху). Помидор, находящийся в замкнутом пространстве (мешок из фольги) подвергается тепловой обработке в одинаковой мере со всех сторон.

Для начала нужно подготовить помидор: вырезаем середину помидора, закладываем в него начинку и снимаем с помидора кожуру. Для начинки: мелко нарезать укроп, половину зубчика чеснока и кусочек сливочного сыра.

Фото

Смазываем фольгу маслом и кладем в середину помидор. Сворачиваем фольгу так, чтобы помидор был как бы в свободном мешочке, и ставим на огонь. Для запекания потребуется 7-10 минут.

Фото

Готовый помидор аккуратно выкладываем на тарелку и режем.

3. Жареный тост.

Что такое тост? Как сообщает нам Википедия - Тост, тостовый хлеб – это пористый белый хлеб с тонкой корочкой. Перед употреблением ломтики стандартной квадратной формы поджариваются с двух сторон. Печка для поджаривания тостов называется тостером.

Но мы решили приготовить его нестандартно, с помощью утюга. Кладем кусочек хлеба на смазанный маслом лист фольги, заворачиваем его и прижимаем утюгом с каждой стороны по 50 секунд. Утюг выставляем на максимальную температуру.

Согласно законам теплообмена происходит процесс передачи энергии от одного тела другому. Утюг нагревает фольгу снаружи, которая передает энергию тосту, находящемуся внутри нее. При этом фольга не позволяет передачу энергии изнутри в окружающую среду. Фольга предварительно смазана маслом, чтобы не дать припечься хлебу к фольге. Масло быстро нагревается, поджаривая внешний слой тоста, вода испаряется, образуя слой пара, который «поднимает» хлеб над масляной пленкой, и не дает ему пристать к горячей поверхности.

Осталось красиво сервировать и подать на стол.

Фото

Заключение

В ходе работы над проектом мы сделали вывод о том, что физика с нами везде, даже на кухне. И теперь мы это не только понимаем, но и можем объяснить, как все происходит.

Также мы достигли самого главного- поставленной нами цели. Выявили и описали действие законов физики в приготовлении пищи.

Мы не только пополнили свою кулинарную книгу новыми вкусными рецептами, но и научились готовить некоторые блюда новыми для нас способами.

Список использованной литературы:

Браво, Феликс!

Северное сияние

Всему свой срок

Распускающиеся бумажные цветы на воде

Рисуем ананас акварелью