Научно-исследовательская работа Физика в приготовлении обеда

Отдел образования администрации города Енакиево
Полное название коммунального учреждения
Городская научно-исследовательская конференция экологического направления
«Зелёная планета»
Номинация: экологическая физика
Физика в приготовлении обеда
Работу выполнила:
Анищик Екатерина Сергеевна,
ученица 10 класса КУ «ОШ I-III
ступней № 15 имени
М.С.Батраковой города
Енакиево»
Научный руководитель: Романенко Ирина Сергеевна, учитель физики
КУ «ОШ I-III ступней № 15 имени М.С.Батраковой
города Енакиево»
Енакиево — 2017
ТЕЗИСЫ
к научно-исследовательской работе по теме:
«Физика в приготовлении обеда»
Секция: экологическая физика
Работу выполнила: Анищик Екатерина Сергеевна, ученица 10 класса КУ
«ОШ I-III ступней № 15 имени М.С.Батраковой города Енакиево».
Научный руководитель: Романенко Ирина Сергеевна, учитель физики
КУ «ОШ I-III ступней № 15 имени М.С.Батраковой города Енакиево»
Цель работы: узнать новое об окружающем нас мире; ощутить себя в роли экспериментатора; провести исследования физических процессов в домашних условиях; научиться находить в приготовлении блюд физические явления; найти ответы на вопросы «Почему это так?», применяя знания законов физики; расширить кругозор и углубить свои знания по физике.
Методы: изучение литературы, документов и сведений из современных источников информации, систематизация собранного материала, анализ и синтез, выполнение экспериментов для проверки гипотезы, исследования.
Работа состоит из введения, теоретической части, практической части и выводов.В введении говорится о том, что физика обладает необыкновенным свойством: природа, быт, техника и всё то, что нас окружает, подчинено единым законам происхождения и развития – законам ФИЗИКИ. Изучая самые простые явления можно вывести общие законы. И путешествие в замечательную страну физики, страну открытий и изобретений можно совершить, не выходя из дома. Замечательное место для этого - самая обычная кухня!
В теоретической части речь идёт о том, что в окружающем нас мире и даже внутри нас – повсюду происходят физические процессы. Мир физики столь же велик, сколь неисчерпаем мир знаний. У неё появилось множество дочерних наук: биофизика, теплофизика, физическаяхимия, химическая физика, молекулярная физическая кулинария…. Все теснее сливаются они в единое целое. Поэтому физику с полным правом можно назвать наукой наук. Когда мы готовим и когда мы едим, в пище и в нашем организме происходят различные физические, химические и психологические процессы, контролировать которые мы не в состоянии. Поэтому если мы поймем хотя бы часть этих процессов, то "великое таинство кулинарии" уступит место более понятному и приятному времяпрепровождению человека на кухне. Также в теоретической части описываются некоторые законы физики.
В практической же части я подробно описала то, как готовила некоторые блюда, благодаря чему: ощутила себя в роли экспериментатора, провела исследования физических процессов в домашних условиях; научилась находить в приготовлении блюд физические явления; находила ответы на вопросы «Почему это так?», применяя знания законов физики.
В выводах работы я написала о том, что В неформальной обстановке, - у себя на кухне я приобрела следующие навыки: исследовательские, поисковые, аналитические, осознание своих возможностей. В приготовлении простого обеда я увидела проявление множества физических законов и явлений: давление твердого тела, действие трения, смачивание, диффузии, тепловые процессы. Эти и другие процессы я не только увидела, но и объяснила. Кроме этого я убедилась, что работу любого кухонного устройства можно объяснить, зная физику. Самое главное я убедилась, что физика – это не трудно, физика – это интересно и даже полезно.
Данная работа может служить иллюстрацией к некоторым урокам физики и химии в школе, а также  иметь практический интерес  для приготовления блюд.

ВВЕДЕНИЕ
Аннотация
Мир физических явлений невероятно разнообразен. Многие физические закономерности можно получить из собственных наблюдений. Замечательным местом для наблюдения физических явлений и проведения экспериментов является самая обычная кухня. 
В работе «Физика в приготовлении обеда» поставлены следующие цели:
узнать новое об окружающем нас мире;
ощутить себя в роли экспериментатора;
провести исследования физических процессов в домашних условиях;
научиться находить в приготовлении блюд физические явления;
найти ответы на вопросы «Почему это так?», применяя знания законов физики;
расширить кругозор и углубить свои знания по физике;
Методы исследования:
изучение литературы, документов и сведений из современных источников информации;
систематизация собранного материала;
анализ и синтез;
выполнение экспериментов для проверки гипотезы;
исследования.
План исследования
Гипотеза:
Физика обладает необыкновенным свойством: природа, быт, техника и всё то, что нас окружает, подчинено единым законам происхождения и развития – законам ФИЗИКИ. Изучая самые простые явления можно вывести общие законы. И путешествие в замечательную страну физики, страну открытий и изобретений можно совершить, не выходя из дома. Замечательное место для этого - самая обычная кухня!
Если это так, то:
Можно ли увидеть и доказать проявление физических законов при приготовлении обеда;
Какие физические эксперименты можно провести на собственной кухне.
План исследования:
Составление меню обеда;
Подготовка, необходимых продуктов;
Подбор посуды для приготовления пищи;
Подготовка необходимых инструментов;
Приготовление обеда;
Анализ данных и теоретическое обоснование;
Фиксирование результатов эксперимента на фото и видео;
Обработка результатов эксперимента в виде необходимых записей;
Подготовка презентации.
Мы живем в мире удивительных, порой загадочных и трудно объяснимых явлений. Изучение законов физики, помогает нам ответить, например, на такие вопросы:
- Почему в стакане с горячим чаем кусочек сахара растворяется быстрее , чем в стакане с холодной водой?
-Что быстрее остывает суп или компот? А если помешать? Подуть?
-А зачем мы точим ножи?
-Для чего перед тем как налить кипяток в стакан, в него кладут металлическую ложечку?
-Или, что нужно знать, чтобы потереть морковь на терке?
И еще на многие и многие «ПОЧЕМУ».
И поэтому хочется самостоятельно исследовать окружающий нас мир и попутешествовать в «Стране физики». Путешествие в эту замечательную страну с открытиями и изобретениями мы будем совершать дома на кухне. Именно на кухне, на каждом шагу, нас ожидают чудеса и удивительные явления. Часто мы задумываемся над вопросом как готовится обед. Почему исходные продукты подвергаются именно тем операциям и в какой последовательности, как указано в поваренной книге. А ведь интересно разобраться в том, на чем основаны кулинарные приемы и практические советы, выработанные многими поколениями. Многие советы и рецепты основаны на целом ряде физических законов.
Оказывается, без знания физики нельзя правильно сварить даже самое обычное яйцо.
Я очень часто помогаю маме на кухне готовить обед. Изучая, физику поняла, что многие природные явления можно объяснить, на основе законов физики. И я решила разобраться в физической сущности приготовления обеда, применяя имеющиеся знания по физике.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Необъятен мир физики! В окружающем нас мире и даже внутри нас – повсюду происходят физические процессы. Мир физики столь же велик, сколь неисчерпаем мир знаний. В физике изучаются механические, тепловые, световые и электрические явления, исследуются свойства окружающих нас тел и физические процессы. Приобретая новые знания, мы развиваемся, полнее понимаем природу, обогащаемся глубокими теориями и гипотезами.
В науке, как и в жизни, тесная связь между внешне далекими, но на самом деле близкими и помогающими друг другу областями знаний. У физики появилось множество дочерних наук: биофизика, теплофизика, физическаяхимия, химическая физика, молекулярная физическая кулинария…. Все теснее сливаются они в единое целое. Поэтому физику с полным правом можно назвать наукой наук. Физика показывает нам, как велик и в то же время близок мир, в котором мы живем.
Когда мы готовим и когда мы едим, в пище и в нашем организме происходят различные физические, химические и психологические процессы, контролировать которые мы не в состоянии. Если мы поймем хотя бы часть этих процессов, то "великое таинство кулинарии" уступит место более понятному и приятному времяпрепровождению человека на кухне. Что на самом деле происходит при жарке мяса? Почему для жарки нужно выбирать специальную посуду? Нужно ли подбирать кастрюлю для варки супа, или подойдет любая имеющаяся в хозяйстве?Мы постоянно сталкиваемся с рецептами, созданными специально для того, чтобы мы захотели это приготовить.Очень интересно провести исследование техники приготовления пищи с точки зрения физики, т. к. это заставляет задуматься над этим процессом. 
«Кулинарные чудеса» или законы физики
1) Как заставить картофель свариться быстрее?
Решение: Чтобы ваш картофель сварился быстрее, надо перед варкой бросить в кастрюлю с картофелем и водой кусочек сливочного масла. Нагреваясь, оно растопится и покроет поверхность воды тонкой пленкой. Эта защитная пленка будет препятствовать процессу испарения воды. А процесс испарения всегда сопровождается уменьшением температуры жидкости и ее количества. Часто хозяйки сталкиваются с такой ситуацией половина жидкости выкипела, а картофель еще не сварился. Приходится доливать воды и варить дальше, а на это требуется лишнее время. Поэтому не стоит жалеть небольшой кусочек масла, он вам позволит сэкономить время, да и сам картофель не потеряет при варке свои питательные вещества.
ОТВЕТ: Масляная пленка прекращает процесс испарения.
2) Какие стаканы пригодны для горячего чая, тонкостенные или толстостенные?
Решение: Стаканы часто трескаются от горячей воды. Причина – неравномерное расширение стекла. Горячая вода, налитая в стакан, прогревает его стенки не сразу. Сначала прогревается внутренний слой стенок, в то время, как наружный слой не успел прогреться. Нагретый слой стекла начинает расширяться и давить изнутри на менее прогретые слои. Происходит разрыв – стекло лопается. И чем толще такая стенка, тем более неравномерно прогревается, значит и расширяются ее слои. Поэтому , толстые стаканы являются самыми непрочными. Они чаще лопаются чаще, чем тонкие. А вот тонкая стенка стакана прогревается быстрее. Надо только помнить, что тонкими у стакана должны быть не только стенки но и дно.
ОТВЕТ: Для горячего чая пригодны тонкостенные стаканы.
3) Каким образом можно найти емкость любой кастрюли, имеющейся у вас на кухне, если есть весы и набор гирь?
Подсказка: Взвести пустую кастрюлю, а потом кастрюлю с водой.
Решение: Пусть масса пустой кастрюли равна М1, а масса кастрюли, наполненной доверху водой – М2, тогда разность М2 – М1, дает массу воды в объеме кастрюли. Поделив эту разность на плотность воды Р, находим объем кастрюли V
Объем кастрюли V = m2 – m1
ρ4) Яйцо в соленой воде.
Свежее яйцо в воде тонет – это знает каждый. Желая убедиться, свежи ли яйца, каждая хозяйка испытывает их именно таким образом, яйцо свежее – оно тонет, если всплывет – не пригодно для еды. Физик выводит из этого наблюдения то, что свежее яйцо весит больше, чем такой же объем чистой воды. Я говорю «чистой» потому что не чистая – например соленая вода весит больше. Можно приготовить такой густой раствор соли в в воде, что яйцо будет легко вытеснять им рассол. Тогда по закону плавания открытому в еще древности Архимедом – самое свежее яйцо будет в такой воде всплывать. Используя наши познания для следующего познавательного опыта мы можем заставить яйцо не тонуть, не всплывать, а словно висеть внутри жидкости. Физик выводит из этого наблюдения и назвал бы такое состояние яйца «взвешенным». Для этого мы должны приготовить раствор соли в воде такой крепости, чтобы погруженное в раствор яйцо вытеснило столько рассола, сколько оно само весит. Получив подобный раствор можно только после нескольких проб, немного прибавлять более крепкого рассола, если яйцо тонет. При некотором терпении нам удается приготовить рассол, в котором погруженное яйцо не всплывает и не тонет, а остается неподвижным в том месте, куда его поместили. Этот опыт можно сделать и с сырой картофелиной, только соли придется растворить больше. Картофелина тяжелее яйца, ее трудно заставить всплыть.
пРАКТИЧеСКАЯ часть
Меню
1. Салат «Обжорка»
2. Сырный суп по-французски
3. Овощи на пару
4. Чай «Витаминный»
5. Десерт – мороженое «Лакомка»
1. Физические основы приготовление салата
Салат «Обжорка»
Ингредиенты: морковь, лук, куриные сердца, майонез.
Инструменты: нож, сковорода, разделочная доска.
Подборка ножа
Из пяти найденных в хозяйстве ножей подошел нож с длинным тонким лезвием, потому что у него площадь лезвия самая маленькая, следовательно, при помощи даже малой силы создается большое давление и таким инструментом легко работать. Длинное лезвие позволяет делать надрезы большей длины, т. е. нарезку можно делать быстрее. Ломтики мяса и лука получились ровными, не мятыми.
Подборка разделочной доски
Стеклянная разделочная доска, подошла лучше, чем деревянная, потому что на ней, сок из продукта не впитывается и салат получается сочный.(Приложение 1)
Подборка тёрки
Я взяла тёрку с разными трущими поверхностями, у которых форма и количество отверстий разное. Для моркови подошла поверхность с большим количеством отверстий, кусочки получались аккуратными и ровными.
Это объясняется, тем, что чем больше неровней на терке, тем больше сила трения, следовательно, быстрее можно потереть морковь. (Приложение 2 )
Подбор сковороды
Лучшей для жарки моркови и лука оказалась массивная чугунная сковорода. Дно такой сковороды прогревается более равномерно, чем у сковородок из других металлов. У алюминиевых и стальных сковородок те участки дна, которые располагаются непосредственно над огнем, прогреваются особенно сильно, и на них пища часто пригорает.
Смешивание продуктов
Подготовленные продукты смешиваю, солю и заправляю майонезом. Вследствие диффузии и смачивания, масса стала однородной и выглядит аппетитно, салат получился с пикантным вкусом, не свойственным входящим ингредиентам по отдельности. (Приложение 3 )
2.Физические законы приготовления супа
Сырный суп по-французски
Ингредиенты:филе куриное, сыр плавленый, картофель, лук, морковь, масло сливочное, соль, перец чёрный молотый, зелень.
Инструменты: кастрюля, разделочная доска, нож, тёрка, сковорода.
В кастрюлю на положила мясо и налила воды. Как только бульон начал кипеть, добавила немного соли, пару горошков черного перца, лаврового листа. Варила от момента закипания 20 минут. Затем вынула мясо.
Картофель почистила и нарезала кубиками. Лук тоже нарезала кубиками. Морковь натерла на терке. Мясо порезала небольшими кусочками. Плавленный сыр в виде брусочка натерла на терке.
В кипящий бульон добавила картофель. Подождала 5-7 минут с момента закипания.
В это время делаю слабую зажарку на сливочном масле. Сначала кладу лук, затем морковь. Слегка посолила и поперчила. Готовую зажарку добавила в суп и варила еще 5-7 минут.
Затем добавила порезанное мясо. Варила 3-4 минуты, добавила плавленный сыр, хорошенько помешала и выключила огонь.
Описание физических процессов
Для супа подходят большие кастрюли с высокими стенками. Кухонных кастрюль большое разнообразие, чтобы удовлетворить любые потребности от приготовления пищи для семьи до приготовления пищи для банкета. У меня дома оказались кастрюли из алюминия, эмалированные, никелированные.
Я использовала кастрюлю из железа с эмалированным покрытием и двойным дном. Это влияет на теплоемкость и теплопроводность кастрюли. Суп в ней не бурно кипит, а медленно варится и количество жидкости при этом не уменьшается. Чем медленнее и спокойнее кипит суп, тем он вкуснее. Еще лучше, когда он не кипит, а томится. Когда я поставила воду на плиту, то стала наблюдать за процессом кипения. Сначала появляются пузырьки, их размеры постепенно растут. Это пузырьки воздуха, который растворен в воде. При нагревании излишек воздуха, выделяется из воды в виде пузырьков. По мере дальнейшего нагревания воды пузырьки становятся крупнее и многочисленнее. С ростом размеров пузырьков возрастает и сила Архимеда, выталкивающая их из воды, и они всплывают. В этот момент бывает, слышен шум, предшествующий обычно кипению. При определенной температуре с приближением к поверхности жидкости объем пузырьков резко возрастает. На поверхности они лопаются, и находившийся в них пар выходит в атмосферу - вода кипит.
Я знаю, что когда вода закипит, то дальнейшее ее нагревание не приведет к увеличению температуры, поэтому газ можно убавить. Это дает экономию топлива.
Прогревание жидкости в кастрюле объясняется процессом конвекции. Нагретые слои жидкости - менее плотные и поэтому более легкие - вытесняются более тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается.
При приготовлении супа можно также увидеть такие явления, как изменение агрегатных состояний воды, диффузия, испарение и конденсация. (Приложение 4 )
3. Физика в приготовлении овощей на пару
Овощи на пару
Ингредиенты: картофель, болгарский перец,стручковая фасоль, брокколи, вода,соль,специи.
Инструменты: мультиварка, нож, разделочная доска.
Картофель нарезаю кубиками, болгарский перец очищаю от сердцевины и семян, также нарезаю кубиками. В чашу мультиварки наливаю воду, сверху устанавливаю контейнер для приготовления на пару, вылаживаю в него все ингредиенты, посыпаю солью и специями и перемешиваю. Закрываю крышку.
Кнопкой «Выбор программы» устанавливаю программу «ПАР\ВАРКА». Кнопкой «Время приготовления» устанавливаю 40 минут. Нажимаю кнопку «Старт». Готовлю до окончания программы.
Описание физических процессов
Мультиварка — многофункциональный бытовой кухонный электроприбор с программным управлением, предназначенный для приготовления широкого спектра блюд в автоматическом режиме.
Мультиварка состоит из корпуса с электрическим нагревательным элементом, емкости для приготовления с антипригарным покрытием, микропроцессора, парового клапана и системы герметичного закрытия крышки.(Приложение 5 )
Все продукты я закладываю в мультиварку одновременно, т. к. открывать в процессе варки кастрюлю нельзя.
Герметично закрытая крышка обеспечивает давление горячего пара на жидкость и температура кипения жидкости увеличивается. Это ускоряет приготовление пищи, позволяет сэкономить энергию и самое главное сохраняет питательные свойства продуктов, которые при долгой варке уменьшаются.
Паровой клапан предназначен того чтобы сбросить излишки давления.
4. Домашнее мороженное
Мороженое «Лакомка»
Ингредиенты: какао, сахар, молоко, сметана, тертый шоколад, вафельные крошки,
мелкие кусочки печенья.
Я размешала в чашке две столовых ложки какао, одну столовую ложку сахара, четыре столовых ложки молока и две столовые ложки сметаны. Теперь его надо охладить.
Беру миску побольше, кладу в нее лед, посыпаю солью, перемешиваю. На лед ставлю миску с мороженым и сверху накрываю полотенцем, чтобы через него не проникало тепло. Каждые 3-5 минут помешиваю мороженое. Минут через 30 мороженое загустеет. Обсыпаю сверху крошками печенья и шоколада, украшаю ягодами или фруктами. Мороженое готово и им можно лакомиться.
Как же работает мой самодельный холодильник? Известно, что лед тает при температуре ноль градусов. Соль же задерживает процесс плавления льда. Поэтому соленый лед дольше тает. Да еще полотенце не дает проникнуть теплому воздуху к мороженому, т. к. между ячейками полотенца находится воздух, а он плохой проводник тепла. (Приложение 6)
5. Физика чая
Мятный чай с цитрусами
Ингредиенты:чай, свежая мята, имбирь, лимон, апельсин, вода.
В весеннее время в организме человека ощущается недостаток витаминов, поэтому мой выбор остановился на приготовлении «мятного чая с цитрусами». Такой чай сочетает в себе пользу и вкус, а приятный аромат мяты успокаивающе воздействует
В кастрюльке завариваем чай кипятком и оставляем на 10-15 минут (заварка должна получиться достаточно крепкой, т.к. в процессе мы добавляем сок цитрусов, а также разбавляем оставшейся кипяченой водой).
В готовую заварку добавляем цедру 1-го лимона и апельсина. Далее добавляем 3 веточки мяты, имбирь и ставим вариться на 5 минут.
В это время готовим сок. В бокал выжимаем половину лимона и 1,5 апельсина. Оставшиеся половинки апельсина и лимона мы будем использовать как украшение.
При выжимки сока у нас остается замечательная кожура, которую мы добавим в заварку и теперь оставим ее настаиваться, и параллельно остудим до комнатной температуры (15-20 мин. достаточно).
Теперь достаем красивый кувшин и выливаем в него ароматную заварку, обязательно процеживая ее. Добавляем мед и тщательно размешиваем. Добавляем цитрусовый сок и оставшуюся воду, снова перемешиваем. И последний штрих - закидываем в мятный чай нарезанные фрукты и листочки мяты.
Описание физических процессов
Аромат мяты и цитрусов быстро разносится по кухне из-за явления диффузии в газах. Окрашивание воды и сладкий вкус чая в стакане происходит из-за явления диффузии в жидкости. Чем горячее вода, тем интенсивней окрашивание, т. к. скорость хаотического движения молекул увеличивается при повышении температуры. (Приложение 7)
Выводы
Общие выводы о результатах работы:
В неформальной обстановке: у себя на кухне я приобрела следующие навыки: исследовательские, поисковые, аналитические, осознание своих возможностей.
В приготовлении простого обеда я увидела проявление множества физических законов и явлений: давление твердого тела, действие трения, смачивание, диффузии, тепловые процессы.
Эти и другие процессы я не только увидела, но и объяснила. Кроме этого я убедилась, что работу любого кухонного устройства можно объяснить, зная физику.
Самое главное я убедилась, что физика – это не трудно, физика – это интересно и даже полезно.
Поднятая в работе проблема очень заинтересовала меня, наука не стоит на месте, поэтому, заглядывая в будущее, хотелось бы увидеть, что нас ожидает.
В начале XXI века – происходят важные события и выдающиеся открытия в жизни всего человечества. А как же наша любимая кулинария? Она так же не отстает от научно-технического прогресса. Традиционная «бабушкина кухня» - классические варианты приготовления блюд никуда не делась, но появляется одно из направлений в кулинарии – молекулярная физическая кулинария.Это кулинария, которая сочетает в себе приготовление блюд с учетом законов физики, химии и биологии. Блюда, приготовленные с использованием низких температур, получают другие вкусы, продукты начинают звучать совсем по-другому.
Кухня больше напоминает химическую лабораторию с жидким азотом, инертным газом, инфракрасным спектрометром, анализаторами на основе ядерного магнитного резонанса. Применяют на молекулярной кухне и приборы физиков - роторный вакуум-испаритель. С его помощью закипают жидкости при низких температурах, а эфирные масла, которые при этом выделяются, не разрушаются. Собрав их с помощью газового пистолета, шеф-повар «обкуривает» потом свои блюда, даря им аромат и привкус, например, розы, розмарина или лаванды.Молекулярные шеф-повара – это поистине ученые, которые творят на кухне изысканные чудеса: разделив исходные продукты на молекулы, они создают из них блюда с новыми, необычными свойствами.
Интернет-ресурсы:
http://www.russianfood.com/http://yummybook.ru/http://ovkuse.ru/recipes/prazdniki/postnye/http://ua.multivarka.pro/
center1167765Приложение 1

Приложение 2
24549105110480
Приложение 3
1420495548640
Приложение 4
10915655710555
116586036576000Приложение 5
Приложение 6

Приложение 7
-146685876300003086100691515