מערכת נשימה

ניסוי מס' 1 : המחשת קיומו של גז
חומר רקע

מוצק, נוזל, גז – אלה הם שלושת המצבים שבהם יכול להימצא החומר. אנו רגילים לחשוב על חומרים מסוימים כמוצקים, על חומרים אחרים כנוזלים, ועל אי אלה גזים. אנו מדמים בלבנו שהננו יודעים מהו כל אחד מהם. אולם בדבר הזה אנו צודקים רק בתחום הטמפרטורה הרגילה בה אנו חיים. מתחת או מעל לתחום שבין 0 ל- 40 מעלות צלזיוס, חלים שינויים במצבם של כל סוגי החומר ושינויים אלה הם בעלי השפעה עצומה.
להבדיל ממוצקים ונוזלים, את מרבית הגזים איננו יכולים לראות ואי אפשר למשש אותם. אך ישנם גזים, כדוגמת האמוניה, שמתגלים באמצעות ריחם החריף. בדומה למוצקים ונוזלים, גם הגזים מורכבים ממולקולות ואטומים. חלקיקים אלה רחוקים מאוד זה מזה ונעים במהירות לכל כיוון בחלל. במצב של גז תופסות המולקולות הרבה יותר מקום מאשר במצב של נוזל או מוצק, שכן מפריד אז ביניהן חלל עצום יחסית. נבצע ניסוי אשר יוכיח כי גזים תופסים נפח גדול יותר מאשר נוזלים או מוצקים. זאת מאחר והמולקולות בגז רחוקות מאוד זו מזו, ולכן אותה כמות של מולקולות תופסות נפח גדול יותר. ערבוב של סודה לשתייה עם חומץ יוצר תגובה כימית, שבעקבותיו משתחרר הגז, פחמן דו-חמצני.
כלים וחומרים
1. חומץ
2. סודה לשתייה
3. בלון
4. בקבוק זכוכית שקוף
5. משפך
מהלך הניסוי
1. מוזגים בזהירות את החומץ לתוך הבקבוק, בין רבע לחצי מנפחו. (רצוי לחמם מעט את החומץ, כדי להאיץ את התהליך).
2. לשפוך בזהירות סודה לשתיה אל תוך הבלון (באמצעות משפך), עד למילוי הבלון כולו.
3. להדק את פיית הבלון לפי הבקבוק, בזהירות כך שהסודה לשתייה לא תישפך. מרימים את הבלון במהירות, כך שתוכנו ישפך פנימה לבקבוק בבת אחת, ואז לנער את הבלון כך שתוכנו ישפך פנימה.
תוצאה ברגע שנוצר מגע בין החומץ והסודה לשתיה, החומץ מתחיל לתסוס. התסיסה הזאת מסמלת בעצם היווצרות של הגז, פחמן דו-חמצני, אשר מנפח את הבלון.


ניסוי מס' 2 - בניית דגם של ריאות
חומר רקע
גוף האדם מקבל את גז החיים החמצן על ידי הנשימה, והחמצן מגיע לכל תא מתאי הגוף. המזון שבתאים נשרף בעזרת החמצן שרפה איטית, הקרויה חמצון, ובתהליך זה משתחררת אנרגיה, שמשמש לפעולותיו של הגוף. כמו כן מתפרקות התרכובות האורגניות, הצבורות בתאי הגוף, והאנרגיה העצורה בהן משתחררת. תוצרי לוואי לחמצון הם דו תחמוצת הפחמן, אדי מים וחומרי פסולת. בתהליך הנשימה מבחינים בין שתי פעולות: נשימה חיצונית בה נעשה חילוף הגזים בין הריאות לעולם החיצון. נשימה פנימית שהיא הנשימה האמיתית. בה נעשה חילוף הגזים בין הכדוריות האדומות שבדם לבין כל רקמות הגוף. תאי הרקמות מקבלים את החמצן, ובהם נעשה חמצון החומרים. החיים תלויים בחמצן. חומר זה חיוני בתגובות הכימיות המשחררות אנרגיה מן המזון כדי לתדלק את תהליכי החיים בתוך כל תא בגוף. חלקי הגוף המיועדים לספק חמצן באופן מתמיד הם: האף, דרכי הנשימה, הריאות ושרירי הנשימה, וכל אלה נקראים מערכת הנשימה. בריאות האוויר הנקי בא במגע כמעט ישיר עם הדם, כך שהחמצן באוויר יכול לעבור בקלות אל תוך הדם ובאמצעותו אל כל חלקי הגוף.
האוויר שנכנס לריאה מגיע לכל השלפוחיות הזעירות. בתוך נימי הדם, המתפצלים מעורק הריאה, עובר הדם הטעון דו תחמוצת הפחמן. דרך דפנות השלפוחית נעשה חילוף הגזים: הדם פולט דו תחמוצת הפחמן וקולט חמצן. הדם שטוהר בדרך זו מועבר על ידי ורידי הריאה ללב, וממנו לכל תאי הגוף. בכל תא מתאי הגוף נעשה שוב חילוף גזים: התא מקבל מהכדוריות האדומות את החמצן ופולט אליהן את דו תחמוצת הפחמן. למונח נשימה שתי משמעויות. מצד אחד מדובר בפעולת הריאות, כשאנו נושמים פנימה והחוצה קולט גופנו אויר נקי, סופג ממנו את החמצן, מוסיף לו דו תחמוצת הפחמן ופולט את האוויר המשומש הזה החוצה. מצד שני מדובר בתגובות כימיות המתרחשות בכל תא. הריאות מתמלאות באוויר כאשר בית החזה מתרחב. הריאות פועלות כמפוח. כשהן מתרחבות, האוויר נכנס לתוכן. כשהן מתכווצות, האוויר יוצא מהן. פעולת הכנסת האוויר נקראת שאיפה והוצאתו נשיפה.
כיון שאין בריאות שרירים, אין הן יכולות להתרחב ולהתכווץ בכוחות עצמן. פעולת ההתרחבות וההתכווצות נעשית על ידי שריר הסרעפת בסיוע השרירים שבין הצלעות. הריאות, נתונות בחלל בית החזה, מימינו ומשמאלו של הלב. לריאה צורת שק שהוא צר בחלקו העליון ורחב בבסיסו. כל ריאה עטופה בקרום מיוחד הצדר, אשר חלקו מהודק היטב לריאה עצמה, והמשכו, העלה החיצוני צמוד לבית החזה ולסרעפת. בין שני חלקי הצדר יש רווח קטן, חלל הצדר ובו נוזל צהבהב, שממעיט את החיכוך בשעת הנשימה. הנוזל מופרש מהצדר עצמו, ברווח זה אין אויר ולכן הלחץ בו נמוך מאוד (שלילי). הדבר מביא לתנועת שני דפי הקרום יחד.
כל ריאה מחולקת לאונות. בריאה השמאלית שתי אונות וימנית שלוש.
הריאה בנויה ממספר עצום של שלפוחיות קטנטנות. עורק הריאה, המגיע מהחדר הימני של הלב, מסתעף בתוך הריאות, מתפצל ומהווה רשת צפופה של נימים דקיקים, המקיפים את כל השלפוחיות. הנימים סופגים את החמצן, נאספים ומתחברים ל 4 ורידי ריאה. ורידי הריאה ממשיכים לפרוזדור השמאלי של הלב. בין צינורות הדם, צינורות האוויר והשלפוחיות יש רקמה חיבורית, העשויה סיבים גמישים והמשמשת משען. לריאות אין כל שרירים.
בניית דגם של ריאות ריאות מתמלאות באוויר רק כאשר בית החזה מתרחב. כשאנו שואפים אוויר פנימה, שרירים גורמים לבית החזה שלנו להתפשט וגם הריאות מתרחבות. כשזה קורה נשאב האוויר אל הריאות.
כלים וחומרים
1. בקבוק פלסטיק גדול ושקוף (בקבוק מים מינרלים 1.5 ליטר)
2. מחבר תלת כיווני (ציוד להשקיית גינה)
3. 3 בלונים קטנים
4. מספריים
5. צינור פלסטיק שקוף
6. פלסטלינה
7. גומיות
מהלך הניסוי
1. תוקעים את צינור הפלסטיק באחד מפתחיו של המחבר התלת כיווני. אם יש צורך ניתן להשתמש בפלסטלינה לאיטום. יש לחבר הבלונים לשני הפתחים הנוספים שבמחבר ולהדק אותם היטב באמצעות הגומיות על מנת לוודא שהחיבורים אטומים היטב לאוויר.
2. גוזרים בזהירות את תחתית הבקבוק בגובה של כ- 3 ס"מ בעזרת מספריים. יש להניח את המחבר ואת הבלונים בתוך הבקבוק. יש לאטום כעת את החיבור של צינור הפלסטיק בפי הבקבוק בעזרת הפלסטלינה, שוב כדי למנוע חדירת אויר
3. את קצה הבלון השלישי יש לקשור, לאחר מכן יש לגזור את הבלון לשניים בחתך רוחבי. יש למתוח את החלק הגזור סביב הפתח הגזור של הבקבוק ולמשוך אותו כלפי מעלה סביב שולי הבקבוק. יש לוודא שהבלון מתוח ככל האפשר.
תוצאות
הבלון התחתון מייצג את הסרעפת, שריר הנשימה הראשי. כאשר מושכים אותו למטה הוא מדגים את פעולת השאיפה. פעולה זו מורידה לנו את לחץ האוויר בתוך הבקבוק (חלל החזה). אוויר מבחוץ נכנס פנימה ומנפח את שני הבלונים, כמו את שתי הריאות.