Проектная работа на тему: "Поверхностные свойства жидкости"

• 1 слайд

  Проектная работа на тему Поверхностные свойства жидкости»
  Выполнили:
  ученицы 11 «Б» класса
  МБОУ СШ №17
  г. Новый Уренгой
  Мокина Екатерина и Шайхисламова Регина
  Руководитель: учитель физики Букина Муслимат Хаирбековна
  

• 2 слайд

  Оглавление
  ВВЕДЕНИЕ.............................................................. 3
  ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО НАБЛЮДЕНИЮ И ОБНАРУЖЕНИЮ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТИ.............................................................. 4
  ОБЪЯСНЕНИЕ МЕХАНИЗМА ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭФФЕКТОВ .............................................................. 11
  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ ........................................................... 13
  ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.............................................................. 15
  

• 3 слайд

  ВВЕДЕНИЕ
  Нас заинтересовала эта тема после того как мы прочитали статью «Бездонный бокал» в книге «Занимательная физика» (Книга 1) Я.И. Перельмана. Кажется невероятным, что в заполненном до краев водой бокале может поместиться 1000 булавок!
  Оказывается, все дело в поверхностном слое жидкости. Он обладает целым рядом необычных свойств. Вы легко можете убедиться в этом, проделав несколько довольно простых опытов, которые проделали мы.
  Целью нашей работы является проведение опытов, демонстрирующих поверхностные свойства жидкости. В качестве жидкости мы использовали воду как наиболее доступную, безопасную и распространенную в природе жидкость.
  

• 4 слайд

  ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО НАБЛЮДЕНИЮ И ОБНАРУЖЕНИЮ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТИ
  Опыт 1.
  Нальем в тарелку немного воды. Возьмем иголку, лучше потоньше, и аккуратно положим ее на поверхность воды — иголка не тонет (фото 1). (Совет желающим повторить этот опыт. Если опыт не получится, потрите иголку пальцами (или слегка смажьте ее маслом, или, еще лучше, потрите о свечку и повторите опыт снова).
  
  Посмотрим внимательно вдоль поверхности воды. Мы видим, что около иголки поверхность изогнута. Впечатление такое, как будто иголка лежит на пленке. Это сравнение довольно хорошее. Поверхностный слой жидкости, и вправду, чем-то похож на растянутую упругую пленку (хотя происхождение особых свойств поверхностного слоя совсем иное, чем у растянутой пленки). Попробуем это пояснить. В глубине жидкости каждая молекула со всех сторон окружена соседями, которые тянут ее во все стороны одинаково. Молекулы же поверхностного слоя сверху соседей не имеют, поэтому они испытывают притяжение со стороны нижележащих молекул. Жидкость как бы стремится к тому, чтобы на ее поверхности было минимальное количество молекул. В результате поверхностный слой жидкости находится как бы в натянутом состоянии подобно упругой пленке. Иногда мы будем поверхность жидкости называть пленкой, но слово это будем заключать в кавычки. Если мы будем брать все более и более толстые иголки, то, начиная с некоторого момента, сила тяжести превысит силы поверхностного натяжения, и иголки будут тонуть.
  Фото 1. Иголка на поверхности воды
  

• 5 слайд

  Опыт 2.
  Положим иголку на поверхность воды. Возьмем спичку, отрежем у нее головку (в основном — чтобы не перепачкаться), потрем кончик спички о мыло и коснемся им воды сбоку от иголки, на расстоянии примерно 1 см от нее. Иголка немедленно отскакивает от спички. Происходит это потому, что молекулы мыльного раствора слабее, чем молекулы чистой воды, притягивают к себе иголку. С разных сторон на иголку действуют разные силы, она движется в сторону действия большей силы. Принято говорить, что поверхностное натяжение чистой воды больше, чем мыльной. Мы можем погонять иголку таким образом, по всей тарелке. Этот опыт доказывает, что натяжение поверхностной «пленки» зависит от выбранной жидкости. Вместо иголки можно на поверхность воды положить спичку и проводить опыты с ней. Иголка, то и дело тонущая от неосторожных движений, сильно усложняет эксперименты.
  Наши комментарии к опыту.
  На самом деле опыт получается лучше (более выразительно) с иглой, а не со спичкой. Лежащая на поверхности спичка не так резко отскакивает от поднесенной к ней намыленной спички, как игла. Также игла отскакивает на большее расстояние, чем спичка. Если использовать жидкое мыло (макнуть в него кончик спички), то иголка отскакивает на большее расстояние. Но жидкое мыло быстро распространяется по поверхности воды и повторное прикосновение к ней намыленной спичкой не вызывает движение иглы. Если использовать твердое мыло, то иголка не так сильно отскакивает, но зато она приходит в движение от повторных касаний.
  

• 6 слайд

  Опыт 3.
  Еще одним доказательством того, что поверхностное натяжение у мыльной воды меньше, чем у обыкновенной является следующий опыт. Припудрим тонким слоем зубного порошка поверхность воды и капнем на нее жидкое мыло. Сразу образуется расходящийся кружок чистой воды (см. фото 2). Капля сыграла роль острого гвоздя, проткнувшего натянутую на обруч резину.
  
  Наши комментарии к опыту.
  Опыт легко получается без предварительной тренировки. Зубной порошок лучше сыпать через ситечко, тогда он более равномерно покрывает поверхность воды. Жидкое мыло необходимо слегка разбавить водой, иначе при выдавливании капли из пипетки получаются пузыри, а не капли (данный совет касается и других опытов, в которых используется жидкое мыло).
  

• 7 слайд

  Опыт 4. Расходящиеся кольца.
  Этот опыт является более сложным вариантом предыдущего опыта, но зато дает очень красивый результат. Правда, он требует некоторой предварительной тренировки.
  Пером с тушью коснемся поверхности чистой воды — по воде расползается окрашенное пятно. Теперь центра этого пятна коснемся намыленной палочкой или просто кусочком мыла — пятно разрывается и превращается в тонкое кольцо. Снова его центра коснемся пером (будем при этом использовать тушь другого цвета), затем в ход пустим намыленную палочку и т. д. На поверхности воды возникает орнамент из разноцветных концентрированных колец (рис.2). Достаточно осторожно положить сверху промокательную бумагу, и красивые узоры перейдут на нее. Этот опыт нашел практическое применение. С его помощью в Японии изготовляют бумагу с самыми разнообразными узорами.
  Наши комментарии к опыту.
  Опыт, в принципе, получается неплохо, но кольца получаются бледные, поэтому сделать видеозапись или фотосъемку опыта, на которой можно было бы явственно наблюдать эти кольца – не удалось. Но «глазом» кольца видны. Что касается изготовления нами бумаги с узорами, то из-за отсутствия промокательной бумаги, мы взяли обычную, для письма. Узоры на ней получились размытые и грязные – предъявлять ее в качестве результата своей работы неудобно.
  Рис 2. Расходящиеся кольца
  

• 8 слайд

  Опыт 5. Движущаяся «ракета», «живая» рыба и другие нехитрые игрушки.
  Вырежем из бумаги «ракету» такой формы, как показано на рис. 3. В точку А поместим капельку концентрированного мыльного раствора или маленький кусочек мыла. Опустим ракету на спокойную поверхность воды. Она придет в движение.
  Рис. 3. «Ракета».
  Рис. 4. Вертушка
  Рис. 5.
  Вместо «ракеты» можно сделать вертушку в форме буквы S и поместить кусочки мыла в точки А и А' (рис.4).
  Вот еще один вариант «ракеты» и вертушки. Расщепим немного конец спички и вставим туда кусочек бумаги (рис. 5). В мыльнице приготовим из мыла кашицу и аккуратно обмокнем в нее торец бумажки. Осторожно положим спичку на воду — спичка поплывет.
  Теперь в оба конца спички вставим кусочки бумаги так, как показано на рис.6, и обмокнем их в мыльную кашицу. Положим спичку на поверхность воды — спичка начнет вращаться.
  Рис.6
  На рис. 7 показана модель пушки, которую можно вырезать из плотной бумаги. Чтобы эта пушка «выстрелила», достаточно мыльным концом спички коснуться поверхности воды в точке А.
  Вместо мыла можно брать другие вещества, например, масло
  Рис 7. Модель пушки.
  Вырежем из картона рыбку. В рыбке прорежем канал от хвоста до середины, как показано на рисунке. В середине рыбки вырежем круглое отверстие. Получится вырез, похожий на замочную скважину. Положим рыбку в воду так, чтобы не намочить ее верхнюю часть. Теперь наберем в пипетку масла. Нацелим пипетку в середину отверстия и капнем масло. Рыбка поплывет!
  Рис. 8. «Живая рыба»
  

• 9 слайд

  Наши комментарии к опыту.
  Опыт с ракетами (обе ее модификации) получается лучше, если использовать жидкое мыло (капнуть его из пипетки в точку А (см. рис.3) или на бумажное крыло (см. рис. 5)). Ракета, вырезанная из бумаги, «летает» намного лучше – с большей скоростью и на большее расстояние. Ракета из спички значительно ей проигрывает и совершенно нас не впечатлила. Вероятно, ракета из спички слишком тяжелая. Что касается вертушек, то вертушка из спички не вращалась вовсе. Бумажная вертушка вращается тем лучше, чем тоньше бумага, из которой она вырезана, и чем меньше ее размеры (длина нашей вертушки примерно 3 см). Жидкое мыло для вертушки не подойдет (его трудно капнуть в обе точки одновременно). Теперь относительно рыбы. Если вырезать рыбу из картона, она «отказывается» плыть. Однако рыба, «изготовленная» из тонкой бумаги – тоже неудачный вариант. Стоит положить ее на поверхность воды – она тут же намокает, и ее края загибаются кверху. Наиболее подходящим материалом для изготовления рыбы (а также пушки и ракеты) оказалась бумага для барографа. Размеры рыбы тоже имеют значение: ее длина должна быть примерно 5 см (при меньшей или большей длине она проходит более короткий путь). Опыт с пушкой (в нем мы тоже использовали жидкое мыло) получился с первой же попытки – размер угадали сразу (модель пушки должна иметь примерно такой размер как на рисунке). Единственная трудность – заставить снаряд «лежать» на старте прямо (перпендикулярно линии старта). Он все время разворачивался острием вправо, сколько я его не выравнивал. Так и полетел по кривой линии. В принципе, опыты с ракетой и пушкой получаются и при использовании масла (так же как с рыбой – при использовании жидкого мыла). Но, на наш взгляд, при использовании жидкого мыла движение происходило более стремительно. И уж точно с мылом удобнее работать, чем с маслом: тяжело после опытов отмыть пипетку, да и на посуде остаются следы масла. А еще успех опыта зависит от температуры используемой воды. В теплой воде опыт может не получиться вовсе, а в холодной – прекрасно получается. Это позволяет предположить, что поверхностное натяжение холодной воды больше, чем теплой. Описанные выше эксперименты легко понять, если поверхность жидкости считать натянутой пленкой. Впервые такую модель предложил известный английский физик Томас Юнг. В декабре 1804 года Юнг написал работу, в которой с помощью аналогии «поверхность жидкости — упругая пленка» объяснялось поведение жидкости в капиллярах. Вскоре модель, подтвержденная новыми наблюдениями и опытами, получила всеобщее признание. Итак, поверхность чистой воды — натянутая пленка, а мыльная или подкрашенная вода — такая же пленка, но менее упругая. В результате водяная пленка перетягивает
  

• 10 слайд

  Опыт 6.
  Возьмем стеклянную трубочку с очень маленьким внутренним диаметром (d<l мм), так называемый капилляр. Опустим один из концов капилляра в сосуд с водой —вода поднимется выше уровня воды в сосуде. Поверхностное натяжение способно поднимать жидкость на сравнительно большую высоту.
  Поднятие жидкости вследствие действия сил поверхностного натяжения воды можно наблюдать в простом опыте. Возьмем чистую тряпочку и опустим один ее конец в стакан с водой, а другой свесим наружу через край стакана. Вода начнет подниматься по порам ткани, аналогичным капиллярным трубкам, и пропитает всю тряпочку. Избыток воды будет капать с висящего конца (см. фото 2).
  
  Наши комментарии к опыту.
  Если для опыта брать ткань светлого цвета, то на видеозаписи и на фото очень плохо видно как вода распространяется по ткани. Также следует иметь в виду, что не для всякой ткани избыток воды будет капать со свисающего конца. Мы этот опыт снимали дважды. Первый раз использовали светлую ткань (х/б трикотаж); вода очень хорошо стекала каплями с висящего конца. Второй раз использовали темную ткань (трикотаж из смешанных волокон – х/б и синтетика); хорошо было видно как вода распространяется по ткани, но капли со свисающего конца не капали.
  Поднятие жидкости по капиллярам происходит тогда, когда силы притяжения молекул жидкости друг к другу меньше сил их притяжения к молекулам твердого тела. В этом случае говорят, что жидкость смачивает твердое тело.
  Если взять не очень тонкую трубочку, набрать в нее воды и пальцем закрыть нижний конец трубки, можно увидеть, что уровень воды в трубке вогнут (рис. 9). Это результат того, что молекулы воды сильнее притягиваются к молекулам стенок сосуда, чем друг к другу.
  Не все жидкости и не во всяких трубках «цепляются» за стенки. Бывает и так, что жидкость в капилляре опускается ниже уровня в широком сосуде, при этом ее поверхность — выпуклая. Про такую жидкость говорят, что она не смачивает поверхность твердого тела. Притяжение молекул жидкости друг к другу сильнее, чем к молекулам стенок сосуда. Так ведет себя, например, ртуть в стеклянном капилляре (рис. 10).
  Фото 2. Поднятие жидкости по порам ткани
  Рис 9. Смачивание стенок сосуда
  Рис 10. Несмачивание стенок сосуда
  

• 11 слайд

  Опыт 7.
  Явления смачивания и несмачивания можно наблюдать в следующем простом опыте. Наберем в пипетку немного воды. Осторожно капнем одну капельку на чистое стекло, а вторую — на хлеб, намазанный сливочным маслом. Первая капелька растечется по стеклу, а вторая — нет. Если силы притяжения молекул жидкости друг к другу меньше сил их притяжения к молекулам твердого тела, жидкость растекается по поверхности твердого тела и смачивает его. Если же преобладают силы притяжения между молекулами самой жидкости, она будет стремиться принять форму капли. Поверхность твердого тела смачиваться не будет. Вывод — вода смачивает стекло, но не смачивает масло.
  Наши комментарии к опыту.
  Мы капали воду не на бутерброд, а на поверхность парафина. Небольшую свечку положили в маленькую алюминиевую миску и поставили ее на газовую горелку. После того, как парафин расплавился, горелку выключили. Для того чтобы можно было продемонстрировать видеозапись и фотографию опыта, мы использовали вместо бесцветной воды раствор марганцовки (см. фото 3 и 4).
  Фото 3
  Фото 4
  

• 12 слайд

  Опыт 8.
  Поверхностное натяжение иногда оказывает столь сильное действие, что его можно ощутить (в буквальном смысле этого слова) руками. Возьмем две одинаковые стеклянные пластинки. Протрем их хорошенько и приложим друг к другу. Они легко разъединяются. Теперь одну из пластинок смочим водой и сложим пластинки. Разъединить их очень трудно (если только не перемещать пластинки параллельно друг другу). Это результат действия поверхностного натяжения. Если жидкость смачивает поверхность, с которой она соприкасается, это значит, что молекулы жидкости хорошо сцепляются с молекулами вещества, образующего эту поверхность. Так как вода смачивает стекло, то смоченные водой стеклянные пластинки трудно разъединить.
  Чистая бумага тоже очень хорошо смачивается водой и может довольно крепко прилипнуть к воде.
  Вырежем из плотной рисовальной бумаги кружок чуть меньше диаметра стакана и прикрепим в его центре нитку. Нальем в стакан воды и положим кружок на поверхность воды. Он прилипнет к воде, и потребуется усилие, чтобы оторвать его (см. фото 5).
  Наши комментарии к опыту.
  Опыт отлично получается без какой-либо предварительной тренировки. Круг вырезали опять же из бумаги для барографа.
  Фото 5. Прилипание бумаги к воде
  

• 13 слайд

  Опыт 9. Вода в решете.
  Возьмем решето и натрем его свечкой (можно смазать его маслом, но опыт получится лучше, если натереть свечкой). Вольем в решето немного воды — она не вытекает! (см. фото 6). Воду держит поверхностная «пленка», образовавшаяся из-за несмачивания водой ячеек решета.
  Наши комментарии к опыту.
  Мы вместо решета использовали ситечко для чая диаметром 6 см. Воду надо наливать медленно (лучше из пиалы – струя получается плоская и широкая).
  Фото 6. Вода в решете
  

• 14 слайд

  Опыт 10.
  Интересный опыт по несмачиванию можно поставить с детской присыпкой. Для его проведения нальем в стакан воду и насыпем на ее поверхность тонкий слой ликоподия. Аккуратно погрузим в воду указательный палец и вынем его обратно. Палец остается сухим.
  Наши комментарии к опыту.
  Опыт получается легко. Главное – опускать и вынимать палец медленно.
  Фото 7. Опыт с присыпкой
  

• 15 слайд

  СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !!!