Os projetos científicos sobre como a água quente e fria troca um balão permitem que os alunos explorem os conceitos da densidade da matéria, da pressão do ar e da tensão superficial. Quando um balão é exposto ao calor ou ao frio, o gás dentro da borracha expande-se ou contrai-se. A mudança no tamanho do balão se torna um indicador visual da mudança na pressão do ar. Adicionar água quente e fria a um experimento também permite que os alunos explorem as propriedades dos líquidos.

Pressão do ar

Investigue a pressão do ar em um experimento simples com um balão, uma garrafa e uma panela de água quente agua. Inflar o balão, mas não dê um nó. Estique-o sobre a boca de uma garrafa vazia. Coloque a garrafa em uma panela cheia de água quente. Deixe esse experimento sozinho por alguns minutos e volte para observar a mudança no tamanho do balão. Observe que o ar quente dentro da garrafa se moveu para dentro do balão, fazendo com que o gás dentro do balão se tornasse mais quente. Observe como as moléculas de gás aquecidas se repelem, forçando o balão a se expandir.

Expansão do ar e contração

Meça as alterações no tamanho de um balão quando exposto a ambientes quentes e frios. Reúna três balões idênticos, um termômetro e uma fita métrica. Inflar os balões. Meça a temperatura ambiente e meça a circunferência dos balões. Considere que a água pode se transformar em gás ou sólido, dependendo da temperatura. Use um chuveiro em um banheiro pequeno para criar um ambiente cheio de vapor. Meça a temperatura do banheiro e coloque os três balões em ar quente. Espere cerca de 10 minutos ou até perceber que os balões se expandem. Meça suas circunferências. Retorne os balões à temperatura ambiente, o que deve levar cerca de 20 minutos. Meça a temperatura de uma grande caixa de gelo. Coloque os balões no ar gelado. Aguarde 10 minutos, remova os balões e meça as circunferências. Considere como o ar quente ocupa mais espaço do que o ar frio, respondendo por mudanças no tamanho de um balão quando colocado em ambientes com temperaturas variáveis.

Misturando água quente e fria

Investigue o que acontece com um balão quando a água quente e fria é misturada. Reúna dois frascos estreitos e um cartão de plástico que pode ser colocado entre os frascos para evitar que a água vaze de um frasco para o outro. Despeje a água quente em um frasco e a água fria no outro. Coloque o cartão sobre a boca do pote quente e inverta o frasco sobre o frio, em seguida, escorregue rapidamente o cartão para fora. Coloque um balão sobre a boca do pote frio. Meça a circunferência do balão quando atingir seu diâmetro máximo. Repita o experimento; no entanto, inverta o pote de água fria sobre o quente. Observe a diferença no tamanho dos dois balões, mesmo que você use as mesmas quantidades de água quente e fria. Explique como uma mudança no procedimento faz com que a temperatura da superfície da água varie, o que afeta o tamanho do balão.

Frentes frias e quentes

Use balões e água quente e fria para explorar eventos climáticos, como quando uma frente quente encontra uma frente fria. Junte dois frascos e corante alimentar. Despeje a água quente em um frasco e a água fria no outro. Use corante alimentar para rotular os frascos e, em seguida, combine o conteúdo dos frascos em uma tigela. Observe e registre como o mesmo líquido em duas temperaturas diferentes se mistura. Recolha dois balões. Encha um com água fria e o outro com água quente. Desenhe um banho quente. Coloque os balões de água na banheira e observe como eles se movem. Observe como os balões se repelem como óleo e água. Considere como o balão frio afunda devido à sua maior densidade.