Цікаві
досліди на уроки фізики з водою
1.КАРТЕЗІАНСЬКИЙ
ВОДОЛАЗ
Призначення:Прилад призначений для демонстрацій на
уроках фізики у 8 класі по темах: «Закон Архімеда», «Умови плавання тіл», для
пояснення руху підводного човна, па першому уроці фізики у 7 класі.
Матеріали:Пластикова пляшка-2л., медичний шприц-5мл.,
дрібні металеві предмети, лак для нігтів.
Інструменти: ножиці, ніж.
Виготовлення: пляшку наповнити водою майже доверху.
Витягнути поршень із шприца і наповнити шприц дрібними металічними
предметами(шріт, маленькі шурупи тощо). Вставити поршень в шприц і вкоротити
шток поршня. Опустити шприц у пляшку з водою. Відрегулювати глибину занурення
шприца так, щоб він ледь плавав у воді. Щоб шприц був помітніший, його можна
розфарбувати лаком для нігтів. Міцно закручуємо пробку пляшки. Виріб готовий.
Рекомендації користувача: стиснувши пляшку у
будь-якому місці, спостерігаємо як занурюється шприц. Можна підібрати таку силу
стискання пляшки, при якій шприц буде нерухомим на певній глибині. Як варіант,
можна замість пляшки взяти трьохлітрову скляну банку і закрити її
поліетиленовою кришкою, а замість шприца – піпетку. {
2. ВОДЯНИЙ СЕКУНДОМІР
Призначення:Для вимірювання проміжків часу з не дуже
великою точністю(при проведенні контрольних робіт, тестів, тощо).
Матеріали:Крапельний медичний пристрій, кусок фанери,
оліфа, лак для дерева, пластикова пляшечка, пластиковий стакан.
Інструменти:Ножиці, шило, лобзик, пензель.
Виготовлення:Вирізати кусок фанери розміром 14 на
45см. Покрити її оліфою, а потім-лаком.
Трубочки
крапельного пристрою обрізати так, щоб загальні розміри приладу були в межах
фанери. При допомозі звичайного секундоміру нанести маркером шкалу на повзунок
приладу. Шкалу заклеїти скотчом. Прикріпити прилад до фанерної пластинки.
Рекомендації користувача:
Закріпити
пристрій у лапці штатива. Налити води у пляшечку. Повзунок регулятора поставити
на потрібний час. Прилад готовий для використання. Його можна , також,
використовувати у 7 класі при виконання лабораторної роботи на визначення
об’ємів тіл(визначити об’єм крапельки води). У цьому приладі є можливість
регулювати тривалість роботи ( скільки наллєш води – стільки буде працювати).
3.Апарат
живої та мертвої води своїми руками
Апарати для виробництва живої та мертвої води зараз
неважко знайти у продажу, в усякому разі, в Інтернеті такої реклами повно. Але,
якщо такий прилад купити і подивитися на його пристрій, то можна помітити, що
ціна, віддана за настільки простий прилад, досить велика. Простіше було б
виготовити його своїми руками, тим більше, що для цього знадобиться зовсім
небагато матеріалів, часу, а вміння нашим майстрам - самодельщикам не позичати.
Схема приладу для отримання активізованою води показана на малюнку 1.
Схема приладу для отримання живої та мертвої води
Малюнок 1. Схема приладу для отримання живої та
мертвої води.
На цій схемі видно, що весь прилад складається з двох
металевих електродів, поміщених про звичайну скляну банку. Електроди за
допомогою гвинтів і гайок кріпляться на кришці банки. Один з електродів
підключений безпосередньо, це буде катод, а інший підключений через діод.
При зазначеної на малюнку полярності підключення лівий
електрод є анодом.
На позитивному електроді буде виділятися мертва вода -
анолит, тому для її збору на аноді укріплений мішечок з щільної тканини.
Тканина повинна бути достатньо щільною, але тонкою, дуже підходить для цих
цілей брезент від протигазні сумок або бязь. Критерієм для вибору тканини можна
вважати проходження через неї повітря. Для цієї мети досить тканину прикласти
до рота і спробувати продути крізь неї повітря: опір тканини має бути достатньо
помітно.
Головними деталями пристрою є електроди, розміри яких
показані на малюнку 2.
Малюнок 2. Електроди.
Довжина електродів на малюнку вказана 100 мм. Це
справедливо, якщо буде застосовуватися півлітрова банка. В принципі обсяг банки
можна збільшити до трьох літрів, тоді просто потрібно подовжити електроди, але
так, щоб вони не торкалися дна банки не менш ніж на 5 - 10 мм.
В якості електродів використовується листова
нержавійка товщиною 0,8 - 1,0 мм. Краще, якщо це буде «харчова» нержавейка,
хоча деякі автори говорять, що самі користуються навіть алюмінієвими
електродами.
На малюнку видно, що на електроді є П-подібний пропив.
Такий пропив необхідний лише на позитивному електроді - аноді для того, щоб на
ньому можна було повісити матерчатий мішечок для збору мертвої води. На іншому
електроді такий пропил робити не потрібно.
Електроди кріпляться до банку за допомогою звичайної
капроновою кришки як показано на малюнку 1. Відомо, що такі кришки механічною
міцністю не відрізняються, тому щоб поведінка електродів не було
непередбачуваним, слід їх зміцнити на кришці через ущільнюючу ізолюючу
прокладку. Її можна виконати з склотекстоліти звичайно ж, без фольги,
текстоліту або будь-який інший пластмаси. Конструкція прокладки показана на
малюнку 3.Ізолююча прокладка
Малюнок 3. Ізолювальна прокладка.
На малюнку 4 показано, як ця прокладка встановлюється
на капронову кришку банки. Показані отвори для кріплення електродів і отвір для
виходу газів.прилад для отримання живої та мертвої води
Рис. 4.
На малюнку 5 показано кріплення електродів і прокладки
до кришки.
Кріплення електродів
Малюнок 5. Кріплення електродів.
Якщо використовувати діод з різьбовим кріпленням, то
його різьблення буде кріпити позитивний електрод. Принципово нічого не заважає
замість одного діода використовувати випрямний місток. У цьому випадку просто
зросте в 4 рази потужність пристрою і відповідно прискориться процес
приготування, що при систематичному використанні пристрою немаловажно.
Приготування активованої водиПриготування
живої води досить просто. Просто треба в матерчатий мішечок залити води,
зміцнити його на позитивному електроді, і після цього вставити в банку залиту
водою. Вода в банку не повинна доходити до країв і бути трохи нижче верхнього
краю матерчатого мішечка. Більш точно рівень заливки води в банку
встановлюється дослідним шляхом.
Приготування живої води займає не більше 5 - 10
хвилин. Після цього треба вийняти електроди з банки і дуже акуратно, щоб не
змішати отримані фракції, вилити в окремий посуд мертву воду з матерчатого
мішечка.
Ось це ось «акуратно» - чи не найголовніший недолік
описуваної конструкції, зрозуміло, якщо не замислюватися про можливість
ураження електричним струмом. Тому всі маніпуляції, починаючи від заливки
свіжої води і закінчуючи отриманням живої та мертвої, краще проробляти,
вимкнувши пристрій з розетки.
Крім уже описаної конструкції можна рекомендувати для
виготовлення конструкцію приладу без матерчатого мішка. У цьому випадку
потрібно дві окремих ємності, тільки без горлечка, як у банок, а з прямими
стрімкими краями. Конструкція електродів залишається без змін, тільки
встановлювати їх доведеться окремо на кожну ємність.
Для того, щоб забезпечити електричний контакт між цими
банками їх слід з'єднати ватним джгутом, замотаним в марлю. При цьому джгут
слід попередньо змочити водою. Такий джгут з'єднає банки електрично і
забезпечить шлях для проходження іонів між банками. Таким чином в одній банці
буде накопичуватися жива вода, а в іншій мертва. Тому після закінчення процесу
досить просто вимкнути установку з мережі і отримати католіт і анолит просто з
різних банок, причому однакової ємності.
Всю конструкцію, як цю, так і попередню можна включити
в мережу не безпосередньо, а через лампочку потужністю близько 15 Вт. Такі
застосовуються в холодильниках і швейних машинах. У разі короткого замикання
електродів вона виконає роль запобіжника, а в разі нормальної роботи -
індикатора: на початку процесу лампа буде світити яскраво, ближче до закінчення
яскравість значно впаде, після чого лампа зовсім згасне. Це є сигналом про
готовність активованої води.
4.Мильна
плівка
Природа
тонкостінних куль досі залишається цікавою темою для вчених. На прикладі їх
унікальних властивостей можна підтверджувати різні фізичні закони.
Мильна плівка вважається однією з найбільш тонких
предметів у світі. Її товщина в 5000 разів менше волосся і цигаркового паперу.
Під впливом чинників навколишнього середовища: сили
тяжкості, тиску повітря, «життя» водяного міхура нетривала – кілька секунд.
З-за цього в народі навіть існує порівняння легковажного людини або
невизначеною життєвої ситуації з мильною бульбашкою.
Але якщо помістити сферичну плівку у вакуум, то він
там може протриматися понад місяць. Американському вченому вдалося встановити
рекорд: він протримав водяна куля в скляній банці близько року! Але для цього
довелося в ємності створити всі фізичні умови для підтримки цілісності та
рівноваги тонкої плівки. Робимо великі і красиві мильні бульбашки будинку. Чому
вони мають форму кулі Повітряний міхур має сферичну форму, так як за законами
фізики, він бере мінімальну площу при заданому обсязі. Це було доведено ще в
1884 році.
У 2000 році вчені підтвердили цю теорію теоремою
подвійного міхура. Вона полягає в тому, що два міхура, які об’єднуються між
собою, приймають мінімальну площу при заданому обсязі.
В процесі видування форма кулі спотворюється
повітряними потоками. Але через деякий час, мильна бульбашка прийме ідеальну
сферичну форму.
Водяна куля тримається тривалий час завдяки силі
поверхневого натягу води. Завдяки цьому поверхня пухирів являє собою пружну
плівку. Сили поверхневого натягу не залежать від величини міхура, якщо він
правильної форми. Але якщо з якоїсь причини поверхню кулі деформована, то він
втрачає свою пружність і швидко лопається.
Геометрія бульбашок досі хвилює вчених. У процесі
вивчення з’ясувалося, що товщина мильної плівки внизу товщі, ніж зверху. Це
пояснюється тим, що під дією сили тяжіння шар води переміщається вниз. Це дає
привід стверджувати, що форма бульбашок не зовсім ідеально сферична.
Робимо великі і красиві мильні бульбашки будинку
Чому у них райдужна забарвлення
Водяна куля безбарвний перші секунди свого «життя»,
так як має ідеально сферичну форму. Але потім водяний прошарок перетікає вниз
під дією сили тяжіння, і бульбашка стає неправильної форми з різною товщиною
стінок.
За законами фізики відбувається інтерференція
світлових хвиль, відбитих від внутрішньої і зовнішньої поверхні плівки. Тому
тонка сфера набуває райдужну забарвлення.
По мірі стоншування верхній частині плівки, світлові
хвилі почнуть накладатися один на одного, що приведе до чорного окрасу міхура.
Водяна куля лопається в місці найбільшого стоншування.
Робимо великі і красиві мильні бульбашки будинку Мильні
бульбашки на морозі
У міру вивчення даної теми вченими були встановлені
фізичні умови, при яких бульбашки зберігають свою форму довгий час. Це
відбувається при сильному морозі.
При зниженні температури повітря до 0?С сили
поверхневого натягу збільшуються, тобто бульбашки легко лопаються. Однак, якщо
рівень стовпчика термометра поповзе вниз до позначки -7?С і нижче, поверхневий
натяг стає мінімальним. Незважаючи на те, що об’єм повітря всередині кулі
зменшиться, на розміри плівки це вплине незначно.
Якщо взимку пустити мильна куля, то водна прошарок в
ньому замерзне вже при температурі -7?С. Тонка плівка перетворюється в скоринку
льоду. Якщо він впаде на підлогу, то не розлетиться на мільйон кристалів, як
скляна ялинкова іграшка. На ньому лише з’являться вм’ятини, а окремі уламки
згорнуться в трубочку.
Таким чином, мильна плівка, замерзла на морозі, буде
не крихкою, а пластичної в силу своєї малої товщини і відсутності сил натягу.
Нетріснувша мильні бульбашки можна отримати при
температурі -20 ?С, -25 ?С.
Видуваючи в таких умовах мильний розчин, рідина
розлітається по різних напрямках у вигляді маленьких кристаликів. Вони швидко
розростаються і одночасно об’єднуються в єдиний предмет. Мільйони кристалів, що
утворюють шар складаються в одну картину дивовижної краси, яку можна лише
порівняти з морозними візерунками на склі.
Робимо великі і красиві мильні бульбашки будинку
Широке застосування мильних бульбашок
Пускання водних куль – це не тільки улюблена забава
дітей. Насправді властивості мильних бульбашок широко застосовують у
промисловості.
Повітряна куля, який використовують в аеронавтиці і
метеорології для прогнозу погоди, є прототипом мильного міхура. Як відомо,
всередині мильної кулі повітря завжди тепліше, ніж зовні, завдяки чому
бульбашки піднімаються вгору. На цьому ж принципі заснований повітряна куля,
тільки повітря всередині його нагрівають штучним чином.
Астрономи на прикладі мильних кульок вивчають процес
турбулентності в газових оболонках планет. Це відбувається тому, що
співвідношення товщини плівки до диметру міхура пропорційно відношенню товщини
газової атмосфери до діаметру планет.
Також знайшли своє застосування бульбашки в
нафтопереробній промисловості. Для переробки нафти в різні матеріали
використовують міцели – аналоги мильних бульбашок. До очищеної нафти додають
воду і спеціальні реагенти. В результаті реакції нафти утворюються пухирці,
заповнені водою. Всередині міцел теж відбуваються хімічні реакції, які сприяють
переробці нафти в органічні речовини: ефіри, кислоти, мономери.
Навіть процес тріскання бульбашок науці йде на
користь. Вивчаючи це явище, вчені стали розуміти процес кавітації – утворення
бульбашок в рідині. Якщо таке відбувається у воді, то тиск різко змінюється.
З-за ударною сили перепаду тиску можуть руйнуватися навіть масивні залізні
елементи: гвинт корабля або трубопровід.
Як зробити мильні бульбашки в домашніх умовах
Головне завдання при отриманні бульбашок – забезпечити
їх довговічність. Це можна зробити з допомогою правильного розчину для мильних
бульбашок в домашніх умовах.
Існує декілька основних рецептів отримання пінливої
рідини, а також способів видування мильних кульок.
Зазвичай роблять мильні бульбашки в домашніх умовах з
гліцерином. Даний розчин дозволяє отримати водні кульки, які відрізняються
еластичністю і тривалим терміном «життя».
Рецепт розчину для мильних бульбашок в домашніх умовах
800 мл очищеної води;
200 мл рідини для миття посуду;
100 мл гліцерину;
по 50 грам желатину і цукру.
Желатин слід залити водою, щоб він достатньо
розбухнув. Після цього злити зайву рідину. На водяній бані розчинити цукор з
желатином. Дані інгредієнти додадуть міцність водним бульбашок.Потім в отриману
суміш додати очищену воду і інші інгредієнти. Все розмішати до отримання
однорідної маси, не вспінення! Якщо утворюється піна – ймовірність отримання
бульбашок зведеться до мінімуму.Саморобний розчин абсолютно нешкідливий для
дитини, він не викличе алергії на ніжній шкірі.
Рецепт рідини для мильних бульбашок 600 мл кип’яченої
води;
300 мл гліцерину;
20 крапель нашатирного спирту;
50 мл порошку будь-якого миючого засобу.
Всі інгредієнти змішати і залишити настоятися 2-3 дні.
Після цього суміш профільтрувати і поставити в холодне місце на 12 годин.
Такий розчин готувати трохи довше, ніж в попередньому
випадку, зате бульбашки вийдуть міцними і великими.
5.
Лава лампа
Дві рідини різної густини розміщуються одна поверх
другої і не змішуються між собою навіть при збовтуванні. Для прикладу візьмемо
сік і масло. Сік приблизно на 85% складається з води і його можна вважати полярною рідиною.
Кисень (О) в молекулі води відтягує на себе негативні
заряди, а водень (Н), отже, їх віддає, стаючи при цьому позитивно зарядженим. В
цілому молекула електрично нейтральна, але має полюса. Завдяки цьому молекули
води притягуються одна до одної і мають досить сильний зв'язок. Такий розподіл
зарядів в молекулі називається дипольним моментом. Крім води до полярних рідин
відносять також спирти, аміни, карбонові кислоти та ін. Оскільки, в природі все
прагне до рівноваги, у полярних рідин є антиподи - неполярні рідини. Електрони
в них теж зміщуються, але набагато менш активно. Тому у них може виникнути
миттєвий дипольний момент, тоді як в полярних рідинах він постійний. Прикладом
неполярних рідин є масло, бензин, жири, анілін та інші. Рідини змішуються за
принципом «подібне розчиняється в подібному». Через наявність міжмолекулярного
притягання полярна рідина не пускає до себе молекули неполярних рідин, і вони
не змішуються. Тому сік і масло в келиху живуть окремо один від одного.
Аспірин містить у своєму складі соду, а отже у кислому
середовищі відбудеться реакція з виділенням вуглекислого газу, який,
піднімаючись вгору, піднімає рідину з нижнього шару. Ось вам і ефект лава-лампи.
У даному досліді використовувалися: соняшникова олія, фруктові соки, шипучі
таблетки аспірину, дві посудини.
6.Пояснення
дослідів на поверхневий натяг
Будь-яка
хімічна однорідна речовина може бути за одних умов у газоподібному стані, а за
інших - у рідкому. Водночас за своїми властивостями гази і рідини суттєво
відрізняються.
Рідини, як і
гази, не мають певної форми і набувають форми тієї посудини, в якій
знаходяться, але газ не має власного об'єму V і займає будь-який наданий йому
об'єм. Об'єм рідини - сталий. Газ відносно легко стискається, а рідини майже
нестисливі. Можливість вільного переміщення молекул рідини одна відносно одної
обумовлює їх плинність.
Найбільш характерною властивістю рідини, що відрізняє
її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню. На кожну
молекулу рідини діють сили притягання сусідніх молекул. Ці сили для молекул, що
знаходяться всередині рідини, взаємно скомпенсовані (рис.3.3.7). Рівнодійна ж
сил притягання, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні розділу,
напрямлена вниз (всередину рідини), тобто молекули поверхні мають так звану
надлишкову поверхневу енергію. На поверхні утворюється дефіцит молекул, через
що відстань між молекулами набагато більша від норми, тому поверхневий шар
рідини розтягнутий і між молекулами на поверхні діють сили притягання або сили
поверхневого натягу. Мінімальну поверхню серед тіл певного об'єму має куля.
Тому за відсутності (або дуже малої) дії сил рідина набуває форми кулі. Нехай l
- довжина лінії, вздовж якої обмежена поверхня розділу. Коефіцієнт поверхневого
натягу дорівнює відношенню сили поверхневого натягу Fпов до довжини лінії l, що
обмежує поверхню розділу і вздовж якої вона діє по дотичній в кожній точці,
перпендикулярно до будь-якого елемента лінії розділу середовищ:
ДЕЯКІ ВИСНОВКИ
Сучасна загальноосвітня школа забезпечена приладам та
обладнанням, які відповідають навчальним планам на 25-30%. Більшість шкіл за
останніх 20 років не отримали жодного найменування лабораторного та
демонстраційного обладнання, навчальних посібників.
Саме тому ми повинні працювати задля максимального
збереження наявної бази, вдосконалення її окремих елементів, конструювання
нових приладів та посібників
- Завдяки таким саморобним посібникам учні певною
мірою стають співавторами («творцями») уроків фізики.
- Таким чином оптимально вирішується питання
доцільного використання учнем свого вільного часу.
- Нескладні, але творчі завдання розвивають технічне
мислення дітей, як і абстрактне взагалі, активізують їхні конструкторські
здібності.
- Усе, що зроблене власними руками й продемонстроване
на уроці фізики чи в позаурочний час,— це запорука глибоких знань.
- Нехай не кожен прилад є вершиною досконалості, але
це все одно вершина, досягнута власним розумом і своїми руками.
- Важливий факт, який свідчить на користь саморобних
демонстраційних матеріалів,— підвищення самооцінки учня.
- Зацікавленість фізикою зростає на тих уроках, де
використовуються саморобні прилади, цікаві досліди (більшою мірою, ніж під час
використання стандартного обладнання).
- Активне здобування знань — запорука активної позиції
в майбутньому, що сприятиме становленню особистості дитини в жорстких, а часто
й жорстоких умовах сучасного світу.
