Исследовательская работа по физике

ХI районная исследовательская конференция

«Мышление эпохи НАНО»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Кузнечихинская основная общеобразовательная школа»

Спасского муниципального района Республики Татарстан

«Картезианский водолаз»

Секция

«Инженерное мышление»

Автор: Григорян Роза , 7 класс

Руководитель: Хохлова Людмила Николаевна

2019 год

Содержание

Введение	3-4
Глава 1. История опыта	5-6
Глава 2. Изготовление прибора	7
Глава 3. Проведение эксперимента	8
Заключение	9-10
Источники информации	11
Приложение	12-15

Введение

В жизни нет ничего

 лучше собственного опыта.

Скотт В.

    В этом году я приступила к изучению нового для меня предмета, который  называется «Физика».

 Физика - наука в первую очередь экспериментальная, она опирается на наблюдения и опыты. Ограничиться при изучении физических явлений только наблюдениями нельзя, даже если эти наблюдения проводятся систематически и целенаправленно. Итак, всякая физическая теория строится на основе наблюдений и опытов, когда же теория построена, опыты и наблюдения позволяют проверить, насколько она верна.

Наблюдение - формулирование проблемы - выдвижение рабочей гипотезы - проведение научного эксперимента - создание теории - предсказание новых эффектов.  Обо всём этом я узнала на уроках физики, а так же познакомилась с физическими  явлениями. При  изучении которых, я наблюдала, опыты по плаванию тел и мне захотелось изготовить самодельный прибор «картезианский водолаз». Все проводимые мной опыты позволили выяснить условие, при которых тело плавает и при которых тонет. Я описываю процесс изготовления прибора для эксперимента, принцип работы и физический закон или явление демонстрируемое данным прибором.

       Актуальность проекта:  Позволит вызвать интерес у учащихся к изучению предмета, через использование самодельных приборов для постановки опытов.

       Цель проекта: Изготовить прибор и доказать, что одни тела плавают на поверхности жидкости, другие тонут, а третьи могут плавать внутри жидкости.

.

Задачи проекта:

1.Узнать какие существуют условия плавания тел;

2.Выяснить как можно доказать гипотезу, какие методы исследования использовать;

3. Изучить дополнительный материал, Интернет - ресурсы.

4. Изготовить прибор для проведения эксперимента;

5. Провести эксперимент, подтвердить или опровергнуть гипотезу.

Гипотеза: Некоторые тела тонут в жидкости, так как сила тяжести, действующая на эти тела больше, чем сила Архимеда, а другие не тонут, так как сила Архимеда больше силы тяжести.

         Проектный продукт

  Прибор для доказательства гипотезы с помощью эксперимента «Картезианский водолаз»

План работы:

1. Подбор источников информации:

    - знакомство с Интернет-ресурсами,

    - поиск информации в литературе.

2. Изучение дополнительного материала

    - история опыта

3. Изготовление прибора «Картезианский водолаз»

4. Публичная защита проекта

Глава 1.   История опыта.

 Этому занимательному опыту около трехсот лет.   Картезианский водолаз – это классический научный эксперимент, названный в честь французского учёного Рене Декарта (Приложение 1) и наглядно демонстрирующий принципы плавучести.

Рене Декарт (на латыни его фамилия звучит как Картезиус) – математик, физик, физиолог и философ, изучая гидростатические явления, впервые сконструировал и продемонстрировал действие прибора, на основе которого позже создали игрушку, которую и назвали в его честь – Картезианский водолаз. Прибор - стеклянный цилиндр, наполненный водой, в которой вертикально плавала  полая стеклянная фигурка человечка.

Фигурка находилась в верхней части сосуда. Когда нажимали на мембрану – резиновую плёнку, закрывающую верх цилиндра фигурка медленно опускалась вниз на дно. Когда переставали нажимать на мембрану, фигурка поднималась вверх. (Приложение 1). Вариантов проведения физического опыта Картезианский водолаз (другое название – Декартов поплавок) много.

Самый простой и наглядный – опыт с пипеткой. Наливаем в пластиковую бутылку теплую воду и опускаем внутрь бутылки пипетку, предварительно набрав в неё немного воды. Пипетка должна плавать, чуть-чуть выступая над уровнем воды. Закрываем бутылку крышкой  и плотно завинчиваем. Сжимаем бутылку – пипетка опускается на дно, прекращаем нажимать – пипетка поднимается наверх. Почему это происходит? Сжимая бутылку, давление передаётся воде. Давление повышается. По закону Паскаля давление в жидкостях передаётся во все стороны одинаково. Вода снаружи вдавливается в пипетку – пипетка становится тяжелей и тонет. При прекращении давления на бутылку, сжатый воздух внутри пипетки удалил лишнюю воду, и пипетка всплыла (Приложение 2).

Тела внутри жидкости, например, подводные лодки и батискафы, плавают, если их плотность равна плотности окружающей жидкости. Эту плавучесть, т.е. свойство, погружённого в жидкость тела оставаться в равновесии, можно регулировать, изменяя среднюю плотность. Для подводных лодок это делают путём продувки балластных цистерн.

 Опыт Картезианский водолаз служит для исследования условий плавания тел и демонстрации закона Архимеда.

Глава 2.  Изготовление прибора

Для изготовления прибора я использовала такие материалы как:

пластиковая бутылка, пипетка (сосуд закрытый с одного конца), воздушный шарик.

 Процесс изготовления прибора «Картезианский водолаз»

         1) Заполняем пластиковую бутылку водой, оставив несколько сантиметров от верха.

2) Набираем в пипетку воды и опускаем в бутылку с водой (количество воды можно подобрать только экспериментальным способом, чтобы пипетка сразу не утонула)

3) Закрываем бутылку с водой воздушным шариком и плотно завязываем его.

4) Надавливая сверху на шарик, уменьшая или увеличивая давление, добиваемся доказательства трех условий плавания тел (Приложение 3).

Условие плавания тел:

F_A > F_т -  тело всплывает на поверхность

F_A < F_т -  тело тонет

F_A = F_т -  тело плавает внутри жидкости

Глава 3. Проведение эксперимента

Для проведения опыта я использовала пластиковую бутылку и пипетку.

1.                 Взяла пластиковую бутылку емкостью 1,5 л.

2.                 Взяла маленький сосуд (пипетку).

3.                 Бутылку заполнила водой.

4.                 Надавила руками на нижнею часть бутылки.

5.                 Наблюдала явление.

Результат: исследование показало погружение и всплытие пипетки при надавливании на пластиковую бутылку.

Анализ: сила сжимает воздух над водой, давление передается воде.

По закону Паскаля давление сжимает воздух в пипетке. Архимедова сила уменьшается, тело тонет. Прекращаем сжатие, тело всплывает.

При постановке опыта выяснилось, как изменяется глубина погружения «водолаза», эти измерения занесла в таблицу.

Таблица 1. Погружение «Картезианского водолаза».

Сила	Масса воды в пипетке	Уровень погружения	Объем воды в бутылке
100Н	0,5г	0,102м	1,5л
100Н	0,525г	0,110м	1,5л
100Н	0,65г	0,126м	1,5л
100Н	0,675г	0,142м	1,5л
100Н	0,7г	0,169м	1,5л

Вывод:  Глубина погружения «водолаза»  зависит от массы воды в пипетке, чем больше масса водолаза, тем больше погружение и чем меньше масса водолаза, тем меньше погружение.

Заключение

В результате проведенного исследования  выяснилось, что:

1.Сжимая воздушный шарик, давление в бутылке изменится, и пипетка начнет тонуть.

Под действием этого давления вода затекает в пипетку, сжимая воздух, находящийся в ней до меньшего объема. Наполняясь водой, пипетка становится тяжелее, теряет часть своей плавучести и начинает тонуть, т. е. сила тяжести больше силы Архимеда.

2. Регулируя давление рукой можно добиться равенства сил Архимеда и тяжести. В данном случае «водолаз» будет плавать в любом месте сосуда между дном и поверхностью воды.

3.  Когда давление на воздушный шарик ослабевает, уменьшается давление на воду в бутылке. Более легкий воздух расширяется и выталкивает некоторое количество воды из пипетки. Она становится легче и снова всплывает, т. е. сила Архимеда становится больше силы тяжести.

Все вышесказанное доказывает, что гипотеза, поставленная в начале работы, нашла подтверждение: Некоторые тела тонут в жидкости, так как сила тяжести, действующая на эти тела больше, чем сила Архимеда, а другие не тонут, так как сила Архимеда больше силы тяжести.

Проведенное  исследование позволило достичь поставленной цели и сделать следующие выводы:

1.  Изучила, какие существуют условия плавания тел.

2.  Изготовила сама прибор, для проведения эксперимента.

3.  Проверила экспериментально работу прибора на практике.

Наблюдать за опытом проводимым учителем, интересно. Проводить его самой интереснее вдвойне.

А проводить опыт с прибором, сделанным и сконструированным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. Проводить данные опыты не сложно и интересно. Они безопасны, полезны и просты.

Работа над проектом помогла мне глубже понять физику плавания тел. Знания, приобретённые в ходе собственных опытов, наблюдений, экспериментов, выводов - самые прочные, а любое физическое открытие, пусть даже самое маленькое, обязательно находит свое практическое применение. 

Источники информации

1.                 Даминова Р.М. Физический эксперимент. Это просто. Казань «Новое Знание».2000

2.                 Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. М.: Просвещение, 1985.

3.                 Майоров И.А. Отыщи всему начало, Казань1997.

4.                 Перышкин А.В.,  Учебник физики для 7 класса. М.: Дрофа. 2014.

5.                  http://uchifiziku. ru/2013/11/26/kartezianskij-vodolaz/

Приложение 1

Рене Декарт (Картезиус) (1596-1650)

и его Картезианский водолаз

Приложение 2

Декартов поплавок

                                                                                                     Приложение  3

Проведение эксперимента

                                                                                                       Приложение 4

Взвешивание пипетки