«Исследование гидрофильности салфеток, полотенец, носовых платков, изготовленных из бумаги»

                                                    МБОУ «Лицей»

Физика

«Исследование гидрофильности салфеток, полотенец, носовых платков, изготовленных из бумаги»

Яковенко Анастасия            МБОУ «Лицей»,                  ученица 10 класса «В»

Тартачакова Татьяна

 Николаевна

МБОУ«Лицей»,

учитель физики

                                                г.Черногорск - 2012г.

.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.     Цель исследования

2.     Объект исследования

3.     Предмет исследования

4.     Гипотеза

5.     Задачи исследования

6.     Методы исследования

I. Теоретическая часть

    1. История создания бумажных средств гигиены

    2. Явление смачиваемости и несмачиваемости

    3. Капиллярные явления

    4. Капиллярное давление.

    5. Роль капиллярных явлений в природе и технике

II. Практическая часть

    1.Социологический опрос

    2. Проведение эксперимента

III. Заключение

IV. Список литературы

V. Приложение

                                             ВВЕДЕНИЕ

  У меня есть младшая сестра, и в силу своего возраста (3 года) она часто что-нибудь разливает и марает. Поэтому наша семья постоянно пользуется бумажными салфетками и полотенцами.  В ходе моих случайных наблюдений я заметила, что все бумажные салфетки и полотенца впитывают влагу неодинаково. Возник вопрос: «Почему»? Оказалось, что ответ на него заключается в гидрофильности бумаги и капиллярных явлениях, которые были изучены в курсе 10 класса. Этот вопрос показался мне интересным, и я решила разобраться в нем подробней.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: Выяснить качество впитывания влаги бумажными салфетками и полотенцами от разных производителей. Определить от чего оно зависит.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: Изделия из бумаги: салфетки, полотенца, носовые платки.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: Гидрофильность – способность впитывать влагу.

ГИПОТИЗА: Предполагаю, что способность впитывать влагу у бумажных изделий от разных производителей будет неодинакова. А так же, всегда ли качество товара зависит от его стоимости.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1.     Углубить знания по теории капиллярных явлений, рассмотрев практическую часть вопроса.

2.     Исследовать способность бумажных изделий впитывать влагу.

3.     Проанализировать результаты рекламы, социологического опроса и лабораторного эксперимента.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1.     Социологический опрос.

2.     Теоретический – изучение литературы.

3.     Лабораторный эксперимент.

4.     Аналитический – анализ полученных результатов.

5.     Синтез результатов.

I.      Теоретическая часть.

1.ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ БУМАЖНЫХ СРЕДСТВ ГИГИЕНЫ.

  Одной из важных принадлежностей любого стола являются бумажные  салфетки. В древние времена так называли платок для вытирания губ или небольшую скатерть. Древние римляне ели руками, а роль салфеток играли специальные рабы: об их волосы вытирали грязные руки. Немного позже в качестве салфеток древние египтяне использовали листья фигового дерева. В Греции салфетки делали из алебастра, для того, чтобы их очистить, их не мыли, кидали в огонь.

  Столовые тканевые салфетки появились более трехсот лет назад в Италии и играли декоративную роль, их украшали сложным великолепным орнаментом, расписанным вручную

  В Россию салфетки попали во времена Петра I, до этого руки вытирали о край скатерти.

  9 июля 1867 года, английский фабрикант и бумажный магнат Джон Дикинсон из Хартфордшира на торжественом обеде представил другим фабрикантам бумажные салфетки. Это была маленькая революция в нормах застольного этикета и развития цивилизации в целом. [2]

2. ЯВЛЕНИЕ СМАЧИВАЕМОСТИ И НЕСМАЧИВАЕМОСТИ.

  Все, очевидно, знают, что даже маленькая капля воды растекается по чистой  поверхности стеклянной пластинки, покрывая её тонким слоем. В то же время капля воды на парафинированной пластинке, как и на поверхности листьев некоторых растений, не растекается, а имеет почти правильную форму шара.

Расплавленная капелька олова, помещённая на деревянную пластинку, принимает форму шара. Но если провести паяльником с каплей олова по чистой меди, то олово растекается по поверхности листа.

  Жидкость, которая растекается тонкой плёнкой по твёрдому телу, называют смачивающей данное твёрдое тело. Жидкость, которая не растекается, а стягивается в каплю, называют несмачивающей это тело.

  Чем же объяснить явления смачиваемости и несмачиваемости?

Рассмотрим каплю жидкости на поверхности твёрдого тела. (См. прил. 1)

Линия, ограничивающая поверхность капли на пластинке является границей поверхностей трёх тел: жидкости, твёрдого тела и газа. Поэтому в процессе установления равновесия капли жидкости на границе этих тел на каждый элемент этой границы будут действовать три силы : сила поверхностного натяжения жидкости на границе с газом Fжг, сила поверхностного натяжения жидкости на границе с твёрдым телом Fжт, сила поверхностного натяжения твёрдого тела на границе с газом Fтг. Будет ли жидкость растекаться по поверхности твёрдого тела, вытесняя с него газ, или, наоборот, соберётся в каплю, зависит от соотношения величин Fжт,Fтг,Fжг: растекание жидкости на поверхности твёрдого тела  произойдёт, если Fтг>Fжт+Fжг*cosa,где Fжгcosa - проекция силы поверхностного натяжения Fжг на горизонтальную поверхность. Угол а, образованный направлением силы поверхностного натяжения Fжг, действующей по касательной к поверхности жидкости и поверхностью твёрдого тела, называется краевым углом. Он всегда отсчитывается внутрь жидкости. В случае смачивания угол а острый. При а=0 происходит полное растекание жидкости - полное смачивание. Если Fтг<Fжт+Fжгcosa, то жидкость не будет смачивать твёрдое тело, она будет полностью или частично вытесняться с поверхности твёрдого тела газообразной средой. [1]

3. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

  Капиллярные явления - физические явления, обусловленные поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред. К   капиллярным явлениям относят явления в жидких средах, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с другой жидкостью, газом или собственным паром.

  В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево). Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто впитывают их в себя. На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т. д.

  Очень часто жидкость, впитываясь в пористое тело, поднимается вверх; например, поднимаются вверх чернила, впитывающиеся в промокательную бумагу. Подобные явления можно также наблюдать в очень узких стеклянных трубках. Узкие трубки называются капиллярными (от латинского слова capillaris — волосной).

  Опустим такую трубку в жидкость. Если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимается по стенкам трубки над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше, чем уже трубка. Если жидкость не смачивает стенки, то, наоборот, уровень жидкости в узкой трубке устанавливается ниже, чем в широкой. (См. прил. 2, 3)

  Как объясняются описанные явления? Нам уже известно, что поверхность жидкости около стенки изгибается вверх или вниз в зависимости от того, смачивает она стенку или нет. В узкой трубке края жидкости образуют всю поверхность жидкости так, что поверхность имеет вид, напоминающий полусферу (так называемый мениск), в случае смачивающих жидкостей обращенную вверх вогнутостью, а в случае несмачивающих — вверх выпуклостью. Наличие кривой поверхности жидкости связано с наличием разности давлений :под вогнутым мениском. (См. прил. 4)

  Давление жидкости меньше, чем под плоским, и это ведет к тому, что в случае вогнутого мениска жидкость поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление не компенсирует разность давлений; под выпуклым мениском давление больше, чем под плоским, и это ведет к опусканию жидкости в узких трубках.

  Таким образом, в узкой трубке смачивающая жидкость устанавливается выше уровня в широкой трубке, а несмачивающая устанавливается ниже уровня в широкой трубке. Высота поднятия жидкости в капиллярной трубке тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости и чем меньше радиус трубки и плотность жидкости. Это положение можно отнести и к твердым материалам, пронизанным тонкими каналами неправильной формы. Если материал смачивается водой, то она втягивается в него на тем большую высоту, чем.уже каналы. [3]

4.КАПИЛЛЯРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

  Так как силы поверхностного натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости, искривление последней ведет к появлению составляющей, направленной внутрь объема жидкости. В результате возникает капиллярное давление, величина которого Dp связана со средним радиусом кривизны поверхности r0 уравнением Лапласа:

Dp = p1 - p2 = 2s12/r0, (1)

 где p1 и p2 - давления в жидкости 1 и соседней фазе 2 (газе или жидкости), s12 - поверхностное (межфазное) натяжение.

Если поверхность жидкости вогнута (r0<0), давление в ней оказывается пониженным по сравнению с давлением в соседней фазе p1 < р2 и Dp< 0. Для выпуклых поверхностей (r0 > 0) знак Dp изменяется на обратный.              Отрицательное капиллярное давление, возникающее в случае смачивания жидкостью стенок капилляра, приводит к тому, что жидкость будет всасываться в капилляр до тех пор, пока вес столба жидкости высотой h не уравновесит перепад давления Dp. В состоянии равновесия высота капиллярного поднятия определяется формулой Жюрена:

где r1 и r2 - плотности жидкости 1 и среды 2, g - ускорение силы тяжести, r - радиус капилляра, q - краевой угол смачивания. Для несмачивающих стенки капилляра жидкостей cos q < 0, что приводит к опусканию жидкости в капилляре ниже уровня плоской поверхности (h < 0).

  Из выражения (2) следует определение капиллярной постоянной жидкости а = [2s12/(r1 — r2)g]1/2. Она имеет размерность длины и характеризует линейный размер Z [ а, при котором становятся существенными капиллярные явления Так, для воды при 20 °С а = 0,38 см. При слабой гравитации (g : 0) значение а возрастает. На участке контакта частиц капиллярная конденсация приводит к стягиванию частиц под действием пониженного давления Dp< 0. [2]

5.РОЛЬ КАПИЛЛЯРНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

  Большинство растительных и животных тканей пронизано громадным числом капиллярных сосудов. Именно в капиллярах происходят основные процессы, связанные с питанием и дыханием организма. Стволы деревьев, ветви растений пронизаны огромным числом капиллярных трубочек, по которым питательные вещества поднимаются до самых верхних листочков. Корневая система растений оканчивается тончайшими нитями - капиллярами. И сама почва, являющаяся источником питания для корня, может быть представлена как совокупность капиллярных трубочек, по которым, в зависимости от  её структуры и обработки, быстрее или медленнее поднимается к поверхности вода с растворенными в ней веществами. Уменьшая диаметр почвенных капилляров путём уплотнения почвы, то есть к зоне испарения, и этим ускорить высушивание почвы. Наоборот, разрыхляя поверхность почвы и разрушая тем самым систему почвенных капилляров, можно задержать приток воды к зоне испарения и замедлить высушивание почвы. Именно на этом основаны  известные агротехнические приёмы регулирования водного режима почвы - прикатка и боронование. По капиллярным каналам в стенках зданий поднимается грунтовая вода (в отсутствии гидроизоляции); по капиллярам фитиля поднимаются смазочные вещества (фитильная смазка); на явлении капиллярности основано использование промокательной бумаги и т. д. Я узнала, что в организме человека тоже есть много капилляров, ведь кровеносные сосуды – это не что иное, как капилляры, по которым течет кровь. Причем, чем дальше от сердца идут сосуды, тем тоньше они становятся. Так общая площадь всех капилляров составляет 3200 см, а площадь аорты 8 см, т.е. площадь капилляров больше площади аорты в 400 раз. Соответственно скорость кровотока падает от 20 см/с в начале аорты до 0,05 см/с в капилляре. Диаметр каждого капилляра в 50 раз меньше диаметра человеческого волоса, а его длина менее 0,5 мм. В теле взрослого человека имеется до 160 миллиардов капилляров. Общая длина капилляров достигает 60000 – 80000 км. Через каждый квадратный миллиметр поперечного сечения сердечной мышцы с среднем проходит до 2000 капилляров. [4]

II.   Практическая часть.  

1. ПРОВЕДЕНИЕ СОЦИОЛОГИЧЕСКОГО ОПРОСА.

  Для того, чтобы определить предпочтения людей в выборе бумажных средств гигиены мной был проведен опрос среди учеников двух 10-х классов (36 человек).

Вниманию участников были предложены четыре вопроса:

·        Пользуетесь ли вы бумажными средствами гигиены?

     (нет – 3ч.; да – 33ч.)

·        Если на предыдущий вопрос вы ответили «да», то скажите, чем именно вы пользуетесь (салфетки, полотенца, носовые платки)?

(салфетки – 31ч.; полотенца – 10ч; носовые платки – 17ч.)

·        Какие фирмы вы предпочитаете?

(Happy – 3ч.; Русалочка – 5ч.; Zewa – 2ч.; любые – 23ч.)

·        На чем основывается ваше предпочтение (цена, реклама, качество)?

(цена – 4ч.; реклама – 5ч.; качество – 1ч.)

  По полученным данным опроса можно сделать вывод, что большинство (33 человека) пользуется бумажными средствами гигиены, из которых наибольшей популярностью пользуются салфетки (31ч.). Для 70% опрошенных производитель не важен. Остальные 30%, которые все-таки обращают внимание на производителя, считают, что главными факторами для выбора являются реклама и цена продукции.

2. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА.

  Изучив литературу, я провела следующий эксперимент. Взяла наборы  бумажных салфеток, бумажных носовых платков, бумажных полотенец разных  производителей. (См. прил. 5, 6, 7)  Вынула по одному экземпляру и изготовила образцы для исследования. Для этого вырезала из них полоски шириной 2 см и с длиной впитывающей поверхности 8 см. Полученные полоски прикрепила к горизонтально расположенному стержню на штативе так, чтобы нижние края полосок оказались расположены на одной линии. (См. прил. 8) Наполнила прозрачный узкий сосуд в форме параллелепипеда водой. Постепенно стала опускать стержень, чтобы полоски едва касались воды. (См. прил. 9) Немного подождав снова подняла стержень и сняла полоски, замерила высоту поднятия воды по бумажной полоске.

  Результаты эксперимента представлены в таблице и графиках. (См. прил.10, 11, 12, 13)

Из таблицы  и графиков видно, что наибольшей гидрофильностью обладают:

·        Салфетки «Veiro» (6см)

·        Полотенца «Zewa» (6,8см)

·        Носовые платки «Ola» (7,2см)

  Так же исследование показало, что не все разрекламированные товары, при том стоящие дороже, выполняют свою функцию лучше тех, что стоят дешевле. В нашем случае это салфетки «Otto» и бумажные полотенца «Kleenex».

III. Заключение.

1.     При выполнении данной работы я углубила знания по теме капиллярные явления.

2.     Сравнила качество бумажных изделий: салфеток, носовых платков, полотенец разных производителей на предмет гидрофильности.

3.     В ходе эксперимента установила, что способность бумажных изделий впитывать влагу не зависит от их цены, а реклама не всегда соответствует действительности. Технология изготовления производителей «Otto» и «Kleenex» не позволяет их продукции хорошо впитывать влагу.

IV. Список литературы.

1.     А.А. Пинский, О.Ф.Кабардин. «Учебник физики» с углубленным изучением физики. М. Просвещение, 2010г.

2.     www.aguatory.ru

3.     www.fiziksrecord.ru

4.     www.rupool.ru

5.     www.Wikipedia.ru