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EVANSTON, Ill. – Il faisait moins 15 degrés ici mercredi après-midi, près de l'épicentre du vortex polaire, et l'école avait été annulée pendant une grande partie de la semaine.
«Comment allons-nous survivre?» A demandé une mère mardi soir à un fil de texte. Mon téléphone a sonné mercredi à 9 heures avec un message plaintif d’une autre personne: «Nous avons déjà réalisé mes deux projets d’artisanat, peint et regardé une heure de télévision».
Dans de tels moments, les parents modernes se tournent vers Google, YouTube et Pinterest, qui invitent à des expériences scientifiques apparemment simples et amusantes pour des températures glaciales.
Mais comme mon fils de 7 ans, Gus, et son ami Eren, 8 ans, l’ont appris mercredi lorsque nous avons testé une poignée d’expériences populaires par temps froid, la science ne suit pas toujours le chemin soigné d’une vidéo virale.
1. Slushies instantanées
Plusieurs vidéos montrent comment refroidir les sodas. Une expérience similaire gèle instantanément l'eau.
Nous avons secoué deux bouteilles de Sprite d'un litre et les avons placées devant notre porte d'entrée, où mon téléphone m'a indiqué qu'il faisait moins 15 degrés Fahrenheit. Nous avons également mis une petite bouteille d’eau de source à leurs côtés pour tester tour de glace instantanée.
L'idée était d'essayer de refroidir le soda et l'eau en dessous de leur point de congélation sans les rendre solides. Sans les impuretés présentes dans l'eau du robinet, rien ne déclenche le processus de nucléation qui provoque le gel de l'eau, fournissant un liquide en surfusion qui, une fois bouleversé ou perturbé, se transformera instantanément en une glace fondante.
Mais deux heures plus tard, les bouteilles à l'extérieur de notre maison étaient déjà à moitié solides. Eren, Gus et ma fille de 3 ans, Hildy, ne semblaient pas s’inquiéter pour eux alors qu’ils buvaient des gobelets.
«Qu'avons-nous appris aujourd'hui?» A déclaré mon mari, Alex. "Internet est cassé."
2. Le tour de ballon
Cette expérience est conçue pour montrer comment le volume d'un gaz augmente lorsqu'il se réchauffe et se contracte lorsqu'il se refroidit. La méthode: Faites exploser les ballons à l’air chaud, puis exposez-les à l’air froid et ils se dégonflent. Ils se regonfleront lorsque vous leur rendrez l'air chaud.
C’est la même raison pour laquelle les pneus de voiture se dégonflent par temps froid, a déclaré Michael Kennedy, professeur de recherche et directeur de Science in Society de la Northwestern University, un centre d’enseignement des sciences.
Nous avons gonflé une demi-douzaine de ballons à l'intérieur, puis nous nous sommes regroupés et sommes allés dehors attendre qu'ils se rétrécissent dans un refroidissement éolien de moins 39 degrés. Et nous avons attendu. Gus et Eren ont décidé d'enterrer leurs ballons dans un banc de neige. Hildy’s a volé dans la rue.
Quand nous ne pouvions plus sentir notre nez, nous avons mis les ballons restants dans un sac, nous l'avons attaché à la poignée de la porte et nous nous sommes précipités à l'intérieur. Au bout de 45 minutes environ, les ballons n’avaient que légèrement dégonflé et nous nous sommes rendu compte que nous n’avions pas été très scientifiques: il aurait peut-être été judicieux de mesurer d’abord la circonférence initiale du ballon, par exemple.
Une fois à l'intérieur, les ballons reprirent leur forme d'origine, mais à ce moment-là, seuls les adultes s'en souciaient. Les enfants chercheurs voulaient plus de slushies Sprite.
Le Dr Castellini a recommandé d'attacher une ficelle autour des ballons, de les placer à l'extérieur, dans une fenêtre, où vous pourrez les regarder dans le confort de votre maison. Lorsque la chaîne tombe, ils sont réduits.
3. Bulles de congélation
De toutes les expériences par temps froid, celle que j'attendais le plus était le truc à bulles glacées. Les vidéos en ligne sont magiques et montrent comment une bulle de savon normalement éthéré se durcit pour devenir un globe de dentelle lorsque la température est idéale.
Nous avons essayé deux versions de baguettes à bulles: une baguette plus traditionnelle avec une petite ouverture ronde et une grande variété oblongue conçue pour les bulles plus grosses.
Une fois dehors, les deux baguettes créaient des bulles parfaites, mais il était difficile de les regarder car le vent les fouettait dans la rue. C'était quand même amusant de les voir apparaître alors qu'ils volaient hors des baguettes, laissant des peaux glacées qui tombaient au sol. Si nous attendions trop longtemps, la solution à bulles se figeait dans la baguette, créant un volet translucide que nous pouvions percer avec nos doigts.
Selon le Dr Castellini, les bulles sont en réalité un "sandwich à l'eau et au savon", avec du savon recouvrant une couche d'eau. Par temps chaud, l'air à l'intérieur de la bulle se dilate au fur et à mesure qu'il se réchauffe, faisant éclater la bulle avant qu'elle n'aille trop loin. Mais par temps froid, l'eau prise en sandwich à l'intérieur du savon a une chance de geler avant que la bulle n'apparaisse.
Le Dr Kennedy a suggéré d’expérimenter différentes solutions pour créer les bulles les plus durables. Beaucoup de gens ajoutent de la glycérine, ce qui donne la force de la bulle, a-t-il déclaré.
Cette astuce refait surface presque à chaque coup de froid, avec le avertissements de sécurité inévitables (pour écarter Jim Croce, ne le jetez pas dans le vent).
«Ce qui est cool avec l’eau, c’est qu’elle peut exister à la fois dans des états liquide, solide et gazeux», a déclaré le Dr Castellini. En jetant de l'eau bouillante dans de l'air glacé, elle a déclaré: «Vous manipulez cette transition.» L'air froid ne pouvant absorber l'eau de la même manière que l'air chaud, l'eau projetée doit être projetée quelque part – elle gèle donc en minuscules gouttelettes. et tombe au sol dans un nuage dramatique.
L'expérience fonctionne mieux avec de l'air extrêmement froid, et nous l'avons certainement eu mercredi. Nous avons répété l'expérience quatre fois – en jetant environ une demi-tasse d'eau bouillante dans une tasse en acier – et chaque fois, l'eau s'est dissipée dans une bouffée de cristaux de glace.
5. Taffy au sirop d'érable
Compte tenu de la demande pour les glaces Sprite, j'avais sauvé notre dernière expérience chargée de sucre pour la dernière fois.
Plusieurs sites Web décrivent une recette simple pour la tire au sirop d'érable. Mettez la neige dans une casserole et placez-la au congélateur. Chauffer le sirop d'érable à environ 240 degrés Fahrenheit, en vérifiant avec un thermomètre à bonbons. Versez le sirop sur la neige, où il se durcira pour devenir une tire moelleuse.
Notre sirop a bouilli quand il a atteint environ 220 degrés, nous empêchant de le chauffer à la bonne température. À ce jour, les enfants ont arraché leurs couvertures de leur lit, les ont transformés en capes et ont mendié pour l'heure de l'iPad. J'ai versé le sirop sur la neige et le liquide chaud a tout transformé en désordre. Pas de tire en vue.
Nos consultants scientifiques ont suggéré d'utiliser un pot plus grand la prochaine fois et de cuire le sirop plus lentement.
Il est encore temps d’essayer à nouveau, je suppose. La hausse de jeudi devrait être légèrement plus chaude, à moins 1 degré, et l’école est toujours annulée.
Toutes les expériences ne se déroulent pas comme prévu.
«Mais c’est vraiment le plaisir de la science, c’est que vous n’avez pas obtenu les résultats escomptés», a déclaré le Dr Kennedy. "Vous commencez à poser des questions sur pourquoi je n’ai pas eu ce que je pensais?"
«Au cœur de la science, il y a des questions», a-t-il déclaré, «pas des faits».