Содержание
Опыты в воде с сахаром и песочными часами
Антон Сорокин
«Квантик» №7, 2019
Ежегодно на базе Кировского Центра дополнительного образования одарённых школьников проводятся турниры по физике для учащихся 7–9-х классов. Ниже описаны две задачи турниров 2018–2019 учебного года.
Растворение сахара
Оказывается, обычное чаепитие может стать весьма увлекательным мероприятием, если взять пару кусочков сахара-рафинада и немного физики!
Для проведения экспериментов вам понадобится 2 прозрачных стаканчика, 4 кусочка сахара-рафинада, подкрашенная жидкость и вода. В качестве подкрашенной жидкости лучше всего использовать чернила, но будьте аккуратны — не испачкайтесь и не пейте чернильную воду!
Наполните стаканчики почти доверху водой и проведите следующие эксперименты.
Первый эксперимент
Возьмите 2 кусочка сахара-рафинада и аккуратно отпустите их в первый стаканчик с водой так, чтобы они оба упали на дно. Когда кусочки практически полностью распадутся (~ 7 мин.
), капните 20 капель подкрашенной жидкости на поверхность воды в стаканчике. Пронаблюдайте, что происходит (см. видео).
Объясните, почему жидкость в верхней части стаканчика окрашивается, а в нижней — нет.
Второй эксперимент
Возьмите 2 кусочка сахара-рафинада и капните на каждый из них по 10 капель подкрашенной жидкости, после чего аккуратно отпустите их во второй стаканчик с водой так, чтобы они оба упали на дно. Пронаблюдайте, что происходит (см. видео).
Объясните, почему жидкость в нижней части стаканчика окрашивается, а в верхней — нет.
Объяснение экспериментов
Сахар, растворяясь в воде, даёт сироп, более тяжёлый и вязкий, чем чистая вода. Поэтому сироп лежит прослойкой на дне, не смешиваясь с остальной водой, и чернила из сахара во втором эксперименте окрашивают только сироп, практически не попадая в воду. Соответственно, чернила в первом эксперименте, хоть и могут перемещаться с потоками воды, не проникают в сироп.
Режим зависания
Оказывается, песочные часы, погружённые в воду, с течением времени («песка») могут тонуть, а могут всплывать.
Для наблюдения описанного эффекта возьмите цилиндрический сосуд с водой (например, мензурку) и поместите в него песочные часы (см. видео).
Первый эксперимент
Добейтесь того, чтобы песочные часы плавали, едва выступая над поверхностью воды. Затем плотно закройте сосуд ладонью и переверните. Пронаблюдайте, как после переворачивания сосуда с водой песочные часы, оказавшиеся внизу, побыв там, только через некоторое время достаточно быстро всплывут. Объясните наблюдаемый эффект.
Второй эксперимент
Вновь поместите песочные часы в открытый цилиндрический сосуд с водой. Добейтесь того, чтобы они плавали, едва касаясь дна сосуда. Пронаблюдайте, как после переворачивания сосуда песочные часы, оказавшиеся вверху, утонут, но не сразу, а спустя заметное время. Объясните наблюдаемый эффект.
В обоих опытах при погружении песочных часов в цилиндрический сосуд с водой весь песок должен находиться в нижнем резервуаре. Чтобы часы плавали, едва выступая над поверхностью воды (едва касаясь дна сосуда), их можно снабдить добавочными грузами (например пластилином) или поплавками.
Объяснение первого эксперимента
Сила тяжести, действующая на песок в слегка наклонённых часах, создаёт нескомпенсированный момент сил. Это приводит к тому, что часы наклоняются ещё сильнее, пока данный момент не уравновесится моментом, обусловленным силой реакции со стороны стенок сосуда. В результате этого появляется сила трения, действующая на песочные часы и направленная вертикально вниз. С течением времени момент силы тяжести песка уменьшается. Сила реакции, а как следствие, и сила трения также уменьшаются. Сумма сил тяжести и трения становится меньше силы Архимеда, и часы всплывают.
Второй эксперимент объясняется аналогично.
Художник Мария Усеинова
Физика воды | Обучонок
Автор работы:
Бадакшанова Фяридя Рамильевна
Руководитель проекта:
Новинская Елена Алексеевна
Учреждение:
МКОУ «СОШ №2 ЗАТО п.
Солнечный»
В процессе работы над исследовательским проектом по физике «Физика воды» ученицей 7 класса была поставлена цель выяснить особенности, некоторые свойства воды и возможности их использования в жизни человека.
Подробнее о работе:
В исследовательской работе по физике «Физика воды» изложена теоретическая информация о воде, дана ее химическая и физическая характеристика, изучена роль воды в организме человека, а также представлен список невероятных фактов о воде, которые расширят энциклопедические знания об изучаемом веществе.
В предложенном проекте по физике «Физика воды» автором были проведены опыты с водой, с помощью которых были выяснены результаты взаимодействия воды с другими предметами, а также свойства воды и сфера ее применения в жизни человека в разных ее состояниях и при разном температурном режиме.
Оглавление
Введение
1. Значение воды.
2. Состав воды.
3. Физические свойства воды.
4. Опыт с яйцом.
5. Опыт с растительным маслом.
6. Опыт со сверхохлажденной водой.
7. Опыт с кипятком на морозе (#дубакчеллендж).
8. Интересные факты о воде.
10. Применение воды в жизни человека.
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Актуальность. Тема моей исследовательской работы «Физика воды». Вода – драгоценный дар природы, обеспечивающая жизнь на Земле. Но многие люди думают что вода не имеет какие-либо особенности.
На самом деле, окружающая нас вода — это вещество с уникальными свойствами, которые не только еще полностью не объяснены, но далеко не все известны. Нет вещества, более удивительного и загадочного, чем обыкновенная вода. Мне стало интересно узнать об этой жидкости, о её необычных свойствах и я решила их изучить, проделав некоторые опыты.
Цель работы: Выяснить особенности, некоторые свойства воды и возможности их использования в жизни человека.
Задачи:
- Собрать и проанализировать информацию о воде.
- Изучить физические свойства воды.
- Провести опыты с водой.
- Узнать области применения воды.
- Сравнить результат с теоретическими знаниями.
Методы исследования:
- Изучение теоретических материалов
- Наблюдение
- Проведение опытов
- Анализ.
- Фото- и видеосъёмка
Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты — сама жизнь. Ты самое большое богатство на свете.
Антуан де Сент-Экзюпери
Нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.
Чистая вода без примесей — это жидкость без запаха, вкуса и цвета с температурой кипения + 100 С и температурой замерзания = 0 С. Распространение воды на Земле: 95% — мировой океан 2% — подземные воды 2% — ледники 0,02% — рек. Все живые животные и растительные существа также состоят из воды: животные – на 75%, рыбы – на 75%, медузы – на 99%, картофель — на 76%, яблоки — на 85%, помидоры — на 90%, огурцы — на 95%, арбузы — на 96%. Тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды. 86% воды содержится в теле у новорожденного и до 50% у пожилых людей.
Т.к. вода имеет очень большую удельную теплоемкость, она является хорошим теплоносителем. Вспомните, например, водяное отопление у нас дома или «отопление» Европы теплым течением Гольфстрим. Медленное повышение температуры воды при нагревании и соответственно выделение значительных количеств теплоты при охлаждении смягчают колебания температуры вблизи больших водоемов.
Благодаря высокой теплоте парообразования живые организмы (не только животные, но и растения) получили возможность избавляться от избытков тепла в организме, испаряя воду с поверхности тел. В отличие от других способов теплообмена живых организмов с окружающей средой (излучения, конвекции, теплопередачи) испарение позволяет охлаждать тело даже в том случае, когда температура окружающей среды выше, чем температура тела.
Вода – это важный источник энергоресурсов. Вода — это вещество, которое создало нашу планету, и наша жизнь без нее невозможна!
Перейти к разделу: 2. Состав воды
Поверхностное натяжение и температура замерзания
Эксперименты с поверхностным натяжением
Поверхностное натяжение — одно из важнейших свойств воды.
Это причина того, что вода собирается в капли, но также и то, почему стебли растений могут «пить воду», а клетки могут получать воду через мельчайшие кровеносные сосуды.
Вы можете провести несколько экспериментов с поверхностным натяжением, используя всего несколько предметов домашнего обихода.
Что вы делаете:
1. Начните с чашки воды и нескольких скрепок. Как вы думаете, скрепка будет плавать в воде? Бросьте один в чашку, чтобы узнать. Поскольку скрепка плотнее воды, она опустится на дно чашки.
Теперь узнайте, можете ли вы использовать поверхностное натяжение, чтобы поднять скрепку на поверхность. Вместо того, чтобы бросать скрепку в чашку, аккуратно положите ее на поверхность воды.
(Это сложно — может помочь опустить в воду кусок бумажного полотенца размером чуть больше скрепки. Затем положить на него скрепку. Примерно через минуту бумажное полотенце утонет, оставив скрепку. плавает на поверхности воды.)
2. Несмотря на то, что скрепка по-прежнему плотнее воды, сильное притяжение между молекулами воды на поверхности образует своего рода «кожу», поддерживающую скрепку.
3. Добавьте в воду каплю средства для мытья посуды. Это свяжется с молекулами воды, препятствуя поверхностному натяжению.
Скрепка утонет. Вы также можете попробовать плавать другие вещи на поверхности воды — перец хорошо плавает, пока вы не добавите средство для мытья посуды.
Можете ли вы найти какие-либо другие легкие предметы, которые будут плавать?
Поверхностное натяжение создает «кожу» на поверхности воды, но это также то, что заставляет воду слипаться в капли.
Понаблюдайте, как эти капли слипаются, поэкспериментировав с водой и монеткой. Все, что вам нужно, это чашка воды, пенни и пипетка с лекарством.
Сначала сделайте прогноз: сколько капель воды, по вашему мнению, может поместиться на верхней поверхности монетки? Добавьте одну каплю. Увидев, сколько места это занимает, вы хотите переосмыслить свой первый прогноз?
Теперь продолжайте осторожно добавлять капли, пока вода не стечет с пенни. Попробуйте это три раза, каждый раз записывая количество капель, а затем найдите среднее количество капель, которое может поместиться.
Поверхностное натяжение — вот причина, по которой на монетку может поместиться так много воды. Молекулы воды притягиваются друг к другу, сближаясь, поэтому вода не проливается.
Проведите этот эксперимент с монетами разного размера.
Предскажите, сколько капель вы можете уместить на четвертак по сравнению с копейкой.
Для последнего эксперимента с поверхностным натяжением начните с полного стакана воды. Предскажите, сколько пенни вы можете добавить в воду, чтобы стакан не переполнился. Аккуратно добавляйте монетки одну за другой. Из-за поверхностного натяжения вода поднимется над краем стакана, прежде чем прольется! Сравните свой первоначальный прогноз с количеством копеек, которое вы смогли добавить.
Точка замерзания
Вы когда-нибудь задумывались, почему зимой реки и озера замерзают, а океаны нет? В этом эксперименте мы увидим, что присутствие соли в океане снижает вероятность его замерзания.
Что вам нужно:
- 1-галлон-морозильная сумка
- 1-Quart Mreaszer Bag
- Crushed Ice
- Salt
- Термометр
Что вы делаете:
1. Заполните галлоную сумку. колотый лед. Добавьте одну чашку соли и запечатайте пакет. Наденьте перчатки и месите лед и соль, пока лед полностью не растает.
2. С помощью термометра запишите температуру смеси морской воды. Даже если лед растаял, температура должна быть ниже 32°F (0°C).
3. Теперь налейте около 30 мл воды в литровый пакет для заморозки. Запечатайте литровый пакет, а затем поместите его в смесь с морской водой в большом пакете. Запечатайте также большой пакет и оставьте его, пока вода внутри литрового пакета не замерзнет.
Как замерзла вода, окруженная только соленой водой?
Соль разорвала связи между молекулами воды во льду, заставив его растаять, но температура осталась ниже точки замерзания чистой воды.
Соль (и другие вещества, растворенные в воде) всегда снижает температуру замерзания.
Вот почему вода в океане редко замерзает.
- Узнайте больше о соленой воде, создав солнечный очиститель
- Плотность жидкости
- Горячая вода: наука о конвекции
- Водяное колесо
Водяное колесо
Тепловая энергия 0 Наука о температуре0 Да, всего с несколькими обычными кухонными предметами!
Хотя мы можем объяснить, что молекулы движутся быстрее, когда они горячие, и медленнее, когда они холодные, в этом научном эксперименте дети смогут увидеть тепловую энергию в действии и изучить концепцию на практике.
Мы включили список материалов, инструкции для печати и простое объяснение того, как работает эксперимент. Наслаждайтесь нашим демонстрационным видео, чтобы начать!
ПЕРЕЙТИ К РАЗДЕЛУ: Инструкции | Видеоурок | Как это работает
Необходимые расходные материалы
- 3 стеклянные банки
- Холодная вода
- Вода комнатной температуры
- Горячая вода
- Пищевой краситель
Инструкции по научному эксперименту с температурой воды
Шаг 1 – Начните с приготовления трех одинаковых банок с водой. Наполните одну банку холодной водой, одну банку водой комнатной температуры и одну банку горячей водой.
Полезный совет: Для холодной воды наполните банку и поставьте ее в холодильник на час или два. Для воды комнатной температуры наполните банку и оставьте на столе на час или два. Для горячей воды вскипятите воду на плите или поставьте ее в микроволновку на минуту или две.
Перед тем, как перейти к следующему шагу, обратите внимание на банки. Разница должна быть только в температуре воды. Как вы думаете, повлияет ли температура воды на то, что произойдет, если пищевой краситель будет добавлен в каждую банку? Запишите свою гипотезу (предсказание), а затем продолжите эксперимент, чтобы проверить, были ли вы правы.
Шаг 2 – Поместите 2-3 капли пищевого красителя в каждую банку и посмотрите, что произойдет.
Вы сразу заметите, что пищевой краситель ведет себя по-разному в каждой банке. Верна ли была ваша гипотеза? Вы знаете, почему пищевой краситель медленно смешивается с холодной водой и быстро смешивается с горячей водой? Прочитайте раздел «Как работает этот эксперимент», прежде чем узнать ответ.
Видеоруководство
Как работает эксперимент?
Наблюдая за пищевым красителем в воде, вы сразу заметите, что он ведет себя по-разному в зависимости от температуры воды.
Несмотря на то, что стаканы с водой выглядят одинаково, разница в температуре воды заставляет молекулы, составляющие воду, вести себя по-разному. Молекулы, из которых состоит вещество, движутся быстрее, когда они теплее, потому что у них больше тепловой энергии, и медленнее, когда они холоднее, потому что у них меньше тепловой энергии. В этом эксперименте молекулы горячей воды движутся гораздо быстрее, чем молекулы холодной воды.
Тепловая энергия — это полная энергия частиц в объекте.
При попадании в воду пищевой краситель начинает смешиваться с водой. Пищевой краситель будет смешиваться быстрее всего в горячей воде, потому что молекулы движутся быстрее из-за их повышенной тепловой энергии. Эти быстро движущиеся молекулы толкают молекулы пищевого красителя по мере их движения, заставляя пищевой краситель распространяться быстрее.
Пищевой краситель в воде комнатной температуры смешивается с водой дольше, потому что молекулы движутся медленнее из-за уменьшения их тепловой энергии.
Наконец, пищевому красителю в холодной воде потребуется много времени, чтобы смешаться с водой, потому что молекулы движутся еще медленнее из-за дальнейшего снижения тепловой энергии.
Больше научных развлечений
Со временем пищевой краситель смешается во всех банках. Разверните эксперимент, оценив, сколько времени потребуется для смешивания с водой в каждой банке. Затем установите таймер и узнайте, насколько близка была ваша оценка.
Кроме того, вы можете попробовать другие забавные эксперименты с водой и пищевым красителем:
- Ходячая вода Научный эксперимент – Может ли вода двигаться вверх против силы тяжести? Нет, не совсем так, но именно то, что заставляет воду казаться неподвластной гравитации, мы собираемся исследовать в этом простом научном эксперименте.
- Научный эксперимент с ходячей водой, меняющий цвет . Очень похож на обычный научный эксперимент с ходячей водой, но с добавлением «красочности».
