Поверхностное натяжение воды

ФЕСТИВАЛЬ УЧЕНИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ – 2017

МКОУ «Средняя общеобразовательная школа д.Шибково»

Искитимского района Новосибирской области

Поверхностное натяжение воды

Информационно - практический проект

Выполнили:

Баландин Антон

Иминова Ксения

8 класс

Руководитель: Семина Л.А.

учитель физики

2016 – 2017 учебный год

Паспорт проекта 3

Введение 5

Основная часть 5

Эксперименты 6

Исследование 9

Заключение 9

Литература 10

Приложения 11

Паспорт проекта

Название проекта – Поверхностное натяжение воды

Руководитель: учитель физики Л.А.Семина

Исполнители: Иминова Ксения, Баландин Антон

Основополагающий вопрос – Может ли вода стоять «горкой»?

Сроки работы над проектом: ноябрь 2016

Учебные дисциплины, близкие к теме проекта: физика, химия, информационные технологии.

Возраст учащихся, на которых рассчитан проект: учащиеся 8 класса.

Тип проекта по доминирующей деятельности учащихся:

Информационно – практический (проект предполагает познакомить восьмиклассников МКОУ «СОШ д. Шибково» с поверхностным натяжением воды).

Тип проекта по предметно – содержательной области: монопроект.

По количеству участников – парный.

По продолжительности – средний.

По характеру контактов – внутришкольный.

Краткая аннотация проекта. На наш взгляд, тема проекта очень актуальна. Привычное не удивляет и то, что мы постоянно используем, лишено налета таинственности и воспринимается обыденно.

В прошлом учебном году у нас был курс исследовательской деятельности «Физика вокруг нас». Мы узнали много нового и интересного, чего не было в учебнике по физике 7 класса. Одним из опытов, проведенных нами, был такой. Учитель поставил задачу: как велико количество капель воды на монете. В ходе эксперимента мы увидели, что вода не сразу растекается с монетки, а становится горкой. Нам стало любопытно, почему так происходит. В своей работе мы попытались найти ответ на этот вопрос.

Проблема: вода – все тайное становится явным.

Объект исследования: вода.

Предмет исследования: свойства воды.

Цель проекта: познакомиться с поверхностным натяжением.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 

• познакомиться с явлением поверхностного натяжения;

• провести различные опыты;

• проверить и сопоставить факты и наблюдения;

• получить выводы из наблюдений.

Гипотеза: можно построить горку из воды.

Направляющие вопросы (проблемные вопросы):

• Можно ли бегать по воде?

• Почему вода собирается в каплю?

• Компас в домашних условиях.

В ходе исследования были рассмотрены свойства воды и её поверхностного натяжения.

Методы исследования:

• изучение и анализ литературы,Интернет–статей по данной теме;

• наблюдение;

• эксперимент.

Этапы работы над проектом– способы решения:

• Подготовительно-организационный: поиск необходимой информации,

• Предварительной обработки информации: сбор данных, проведение опытов.

• Аналитический: изучение и систематизация информации в соответствии с замыслом проекта.

• Проверочно-тестирующий: устранение недоработок.

• Окончательного оформления: защита проекта: оформление презентации

• Подведение итогов: оценка и самооценка защиты и проекта в целом.

Сфера применения результатов: при проведении Недели физики и математики, при проведении Интеллектуального марафона (в начальной школе).

Мы рады представить вам результаты проделанной работы.

Введение

Каждый из нас в своей повседневной жизни не раз сталкивался и сталкивается с обычными, но вместе тем удивительными явлениями, совершенно не задумываясь при этом, с какими замечательными физическими явлениями имеем дело.

Для начала вспомним основные физические свойства воды: вид молекулы воды H₂O. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде. При атмосферном давлении вода замерзает при температуре 0°C и кипит при температуре 100°C.

Вода – удивительное вещество. У неё необычно высокая температура кипения и парообразования, высокая теплоемкость и необычно высокое поверхностное натяжение.

Основная часть

Примеры явлений поверхностного натяжения в природе, жизни

Привычное не удивляет и то, что мы постоянно используем, лишено налета таинственности и воспринимается обыденно. Все дети прекрасно знают, что «куличики» и замки можно строить только из мокрого песка. Сухие песчинки не пристают друг к другу. Но так же не пристают друг к другу и песчинки, целиком погружённые в воду.

Во время уроков рисования каждый из нас не раз замечал, что волоски кисточки расходятся в воде и тут же слипаются, если кисточку вынуть из воды. Мы задумались: почему так происходит?

По воде ходят, бегают множество насекомых. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лапок. Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налётом. Водомерки ловко скользят по поверхности. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но не рвется. Значит, вода обладает каким-то свойством, позволяющим выдерживать всю эту живность.

И название этому свойству — поверхностное натяжение. В природе наряду с силами тяготения, трения, упругости есть менее заметные, но не менее важные: это силы поверхностного натяжения. Они бывают у жидкостей и твёрдых тел.

Поверхностное натяжение - один из очень важных параметров воды. Оно определяет силу сцепления между молекулами воды, а также геометрическую форму поверхности жидкости. Например, из-за сил поверхностного натяжения в разных случаях формируется капля, лужица, струя и т.д.

Немного теории

Сила поверхностного натяжения – это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к её поверхности. Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что жидкость в равновесии имеет минимально возможную площадь поверхности. Понятие «поверхностное натяжение» впервые ввёл Я. Сегнер в 1752 г. В природе и в быту силы поверхностного натяжения играют большую роль.

Вспомним основные свойства жидкостей: не имеют формы, имеют объем, несжимаемы, т. к. молекулы жидкости находятся на малых расстояниях друг от друга. Поэтому для сжатия жидкостей надо преодолевать силы молекулярного отталкивания

Из-за того, что расстояние между молекулами в жидкости малы, увеличиваются силы притяжения молекул друг к другу. Образно говоря, при переходе из газообразного состояния в жидкое, молекулы как бы слипаются.

Каждая молекула в течение некоторого времени хаотически колеблется около определенного положения равновесия. Время от времени молекула меняет место равновесия, перемещаясь скачком в новое положение, отстоящее от предыдущего на расстояние порядка самих молекул. Таким образом, молекулы лишь медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определенных мест, т. е. молекулы странствуют по всему объему жидкости, ведя кочевой образ жизни, при котором кратковременные переезды сменяются относительно длинными периодами оседлой жизни. Длительности этих “стоянок” весьма различны и беспорядочно меняются со временем, резко убывают с повышением температуры^[5].

Эксперименты

Физика – наука экспериментальная. В основе её лежат наблюдения и опыты. Следующим шагом нашей работы стало проведение опытов.

Опыт 1.

Вернемся к опыту с монетой. Попытаемся найти ответ на вопрос: как получить воду с горкой?^[2].

Горку можно соорудить практически из чего угодно - из песка, соли, сахара и даже из одежды. А можно ли сделать горку из воды? На первый взгляд, кажется, что пример такой горки - волна. Однако она движется и существует только в движении. А соорудить горку из воды, не создавая волны, - задача сложная, но вполне разрешимая. Выполним следующий опыт, чтобы убедиться в этом!

Как вы думаете, сколько капелек воды поместится на обычной монетке? Этот эксперимент покажет, что поверхность воды может растягиваться.

Нам понадобятся: вода, салфетка, монетка, пипетка.

Ход эксперимента. Положили монетку на салфетку, а салфетку - на очень ровную поверхность. Т.е., если салфетка будет лежать на столе, хоть немного наклоненном на одну сторону, эксперимент закончится гораздо раньше, чем мог бы, и будет менее зрелищным. В пипетку набрали воду. Капали воду в центр монетки с очень близкого расстояния, считали количество капель и смотрели, какую форму принимает поверхность воды на монетке.

Результат. Вода на монете располагалась не ровным тонким слоем, как это может показаться перед экспериментом. Поверхность воды растягивалась и становилась все более выпуклой с каждой новой каплей до тех пор, пока тонкая пленочка, которую образует поверхность воды, не порвалась. И тогда почти вся вода с монетки вытекает на салфетку.

Мы делали этот эксперимент несколько раз. Количество капель, которое смогло удержаться на монетке 40 – 47 (приложение 1).

Опыт 2.

Как налить воду с горкой?

Нам потребуется: стеклянный стакан; горсть монет; вода; растительное масло.

Ход эксперимента. Возьмем хорошо вымытый сухой стакан, немного смажем края растительным маслом и наполним его водой до отказа. А теперь очень аккуратно опускаем в стакан по одной монете.

Результат. По мере опускания монет в стакан вода из него не выливается, а начнёт понемногу приподнимается, образуя горку. Это хорошо заметно, если посмотреть на стакан сбоку. По мере увеличения в стакане количества монет горка становится всё выше - поверхность воды надуется, словно воздушный шарик. Однако на какой-то монете этот шарик лопает и вода струйками течёт по стенкам стакана.

Объяснение. Монеты будут выталкивать собственный объём. Вода в стакане будет подниматься над поверхностью, но не выльется на стол, а поднимется горкой, своеобразной водяной линзой, над краями стакана. Если быть предельно аккуратным, может получиться впечатляющая линза, на первый взгляд непонятно какими силами удерживаемая.

Что удерживает воду от того, чтобы не пролиться на стол?

«Виновато» поверхностное натяжение воды. Эта сила возникает на границе веществ, в данном случае воды и воздуха. Из-за того, что жидкость не занимает весь свободный объём стакана между водой и воздухом образуется граница раздела, на которой молекулы поверхностного слоя воды притягиваются к молекулам жидкости.

Проще говоря: молекулы поверхности воды притягиваются вглубь жидкости. Как следствие, поверхность воды чуть более плотная чем остальная её часть. Образуется своего рода «плёнка», которая не зависит от площади поверхности^[6].

Вторая причина образования горки - вода плохо смачивает поверхность стакана. Что это значит? Взаимодействуя с твёрдой поверхностью, вода плохо к ней прилипает и плохо растекается. Именно поэтому она не стекает сразу же через край стакана при образовании горки. Кроме того, для уменьшения смачивания края стакана в опыте смазаны растительным маслом (приложение 2).

Еще поверхностное натяжение проявляется следующим образом: маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости^[7].

Опыт 3.

Утонет иголка? В предыдущем эксперименте мы убедились, что поверхность воды похожа на тонкую пленочку, которая может растягиваться. В этом опыте пленочка может не только удерживать воду внутри, но и  не  дает утонуть относительно тяжелым предметам (скрепке, иголке) и прогибается под их весом.

Что понадобится: вода, стакан, салфетка, иголка

Ход эксперимента. Налить воду в стакан. С помощью пинцета опустить иголку на поверхность воды.

Результат. Иголка не тонет! Ее удерживают силы поверхностного натяжения (приложение 3). Такой же опыт мы провели со скрепкой.

Опыт 4.

Делаем компас. Намагнитим иголку и положим ее на поверхность воды. Намагниченная иголка, лежа на поверхности воды, верно указывала северное направление. Для наглядности рядом поставили компас, чтобы проверить показания самодельного компаса (приложение 4)

Порой простые опыты бывают очень наглядными и захватывающими! Изготовление самодельного компаса показано в мультфильме «Фиксики: компас». Компас — полезное изобретение, используется в мореходстве. Простое, но важное и интересное.

В ходе проведения опытов у нас возник вопросы: что влияет на поверхностное натяжение? Как можно изменить поверхностное натяжение? В чем оно измеряется?

Исследование

Что произойдет с поверхностным натяжением воды при добавлении в нее моющего вещества, мы узнали из следующего эксперимента. В воду добавим растительное масло и тщательно перемешаем. Капли масла располагаются на поверхности воды хаотично. Если добавить в эту смесь каплю жидкости для мытья посуды, то капли сформируются в строгие капельки, расположенные ближе к краям тарелки. Поверхностно-активные вещества понижают поверхностное натяжение воды (приложение 5).

Коэффициент поверхностного натяжения «σ» измеряется в . У воды, например, коэффициент поверхностного натяжения при температуре 25°С на воздухе равен 73мН/м.

Заключение

Поставленная цель выполнена. Мы познакомились с поверхностным натяжением воды. Роль поверхностного натяжения в жизни очень разнообразна. Выяснили, что можно бегать по воде (водомерки), носить воду в решете, сделать бутылку-непроливашку.

В ходе выполнения работы подтвердили гипотезу: вода может стоять горкой. Проверили это экспериментально. Сделали компас в домашних условиях. Планируем продолжить работу над этой темой. Попытаемся выяснить, как поверхностное натяжение зависит:от рода жидкости, наличия примесей, от температуры.

Работа имеет большое познавательное значение, вызывает интерес к физике и практической деятельности. При проведении игры «По физическим дорогам» мы предложили учащиеся 9 – 11 классов провести опыт №2. Старшеклассники с удовольствием считали количество монет, которые можно было поместить в наполненный доверху стакан с водой.

Оказалось, что проведение опытов – это не только способ изучения, но и способ очень весело проводить время. Такие опыты-фокусы очень нравятся нам и помогают познакомиться с удивительными свойствами самой простой воды.

Литература

1. Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей. – М.: Слово, 1994.

2. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 2. – М.: Наука, 1979.

3. Петрянов-Соколов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. Москва: Издательство «Педагогика», 1975.

Интернет-источники

1. http://naukaveselo.ru/mozhno-li-begat-po-vode-poverhnostnoe-natyazhenie.html - поверхностное натяжение, или можно ли бегать по воде?

2. http://eksperimentiki.ru/publ/fizika/water/10 - экспериментики

3. https://umnejka.ru/monety-i-voda/

4. http://naukaveselo.ru/mozhno-li-begat-po-vode-poverhnostnoe-natyazhenie.html

5. http://moreidey.ru/razvivayushhie-i-obuchayushhie-zanyatiya/eksperimentyi-voda-1.htm - More творческих идей для детей

Приложения

Приложение 1

Опыт 1. Сколько капелек воды поместится на обычной монетке?

Ответ на этот вопрос мы нашли экспериментально.

Начало опыта.

На 10-рублевую монету помещалось

от 40 до 47 капель воды.

Горка из воды

Приложение 2

В стакан воды, налитый до самого верха, может поместиться от 37 до 44 монет достоинством 10 и 50 копеек. Проверено на игре «Путешествие по физическим дорогам».

Приложение 3

Иголка не тонет! Ее удерживают силы поверхностного натяжения

Приложение 4

Компас в домашних условиях

Приложение 5

МКОУ «Средняя общеобразовательная школа д. Шибково»

Искитимского района Новосибирской области

Поверхностное натяжение

Выполнили:

Баландин Антон,

Иминова Ксения

8 класс

Руководитель:

учитель физики

Семина Л.А.

2016 – 2017

Проблема :

Вода – все тайное становится явным

Объект исследования:

Предмет исследования:

вода и её

различные состояния

свойства воды

Цель проекта

Познакомиться с поверхностным

натяжением воды.

Задачи:

• Познакомиться с явлением

поверхностного натяжения

• Провести различные опыты
• Проверить и сопоставить факты

и наблюдения

• Получить выводы из наблюдений

Гипотеза:

Можно построить горку из воды.

Направляющие вопросы

• Можно ли бегать по воде?
• Почему вода собирается в капли?
• Компас в домашних условиях

Методы исследования:

• изучение и анализ литературы и Интернет- статей по теме,
• наблюдение,
• эксперимент.

Физические свойства воды Ученые выделяют как минимум

В жидком виде

5 состояний

В твердом виде

14 состояний

Физические свойства воды

Вода – удивительное вещество.

У неё необычно высокая температура кипения и парообразования,

высокая теплоемкость и необычно

высокое

поверхностное

натяжение.

Это свойство называется поверхностным натяжением.

По воде ходят, бегают множество насекомых. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лапок.

Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налетом. Водомерки легко скользят по поверхности.

Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но не рвется.

Значит, вода обладает каким-то свойством, позволяющим выдерживать всю эту живность.

В природе наряду с силами тяготения, трения, упругости есть менее заметные, но не менее важные: это силы поверхностного натяжения.

Они бывают у жидкостей и твёрдых тел.

Сила поверхностного натяжения

- это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к её поверхности.

Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что жидкость в равновесии имеет минимально возможную площадь поверхности.

Понятие «поверхностное натяжение» впервые ввёл Я. Сегнер в 1752 г.

В природе и в быту силы поверхностного натяжения играют большую роль.

Опыт № 1

Понадобится:

• Вода
• Салфетка
• Монетка
• Пипетка

Ход эксперимента:

Наберем пипеткой воду и с очень близкого расстояния и накапаем её на монету.

Опыт № 2

Понадобится:

• Стеклянный стакан

• Горсть монет
• Вода
• Масло растительное

Ход эксперимента:

Края сухого стакана немного намажем растительным маслом и наполним его водой доверху, после этого осторожно опускаем монеты в воду по одной.

Опыт № 3

Понадобится:

• Вода
• Скрепка,
• Иголка
• Стакан

Ход эксперимента:

В стакан с водой опустить скрепку (иголку).

Опыт № 4

Намагнитим иголку и положим ее на поверхность воды.

Намагниченная иголка, лежа на поверхности воды, верно указывала северное направление.

Способы снижения поверхностного натяжения

• Нагревание
• Добавление биологически активных веществ

Заключение

Поставленная цель выполнена.

Мы познакомились с поверхностным натяжением воды.

В ходе выполнения работы подтвердили гипотезу:

вода может стоять горкой.

Проверили это экспериментально.

Сделали компас в домашних условиях.

• Планируем продолжить работу над этой темой.
• Попытаемся выяснить, как поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, наличия примесей, температуры.

Оказалось , что проведение опытов – это не только способ изучения, но и способ очень весело проводить время.

Такие опыты-фокусы

очень нравятся

нам и помогают

познакомиться

с удивительными

свойствами самой

простой воды.

.

Спасибо за внимание!

Литература и интернет- источники

• Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей. – М.: Слово, 1994.
• Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 2. – М.: Наука, 1979.
• Петрянов-Соколов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. Москва: Издательство «Педагогика», 1975

• http://naukaveselo.ru/mozhno-li-begat-po-vode-poverhnostnoe-natyazhenie.html - поверхностное натяжение, или можно ли бегать по воде?
• http://eksperimentiki.ru/publ/fizika/water/10 - экспериментики
• https://umnejka.ru/monety-i-voda/
• http://naukaveselo.ru/mozhno-li-begat-po-vode-poverhnostnoe-natyazhenie.html
• http://moreidey.ru/razvivayushhie-i-obuchayushhie-zanyatiya/eksperimentyi-voda-1.htm - More творческих идей для детей

Адреса картинок

http://shablony-powerpoint.ru/?page=shablony&id=64 – шаблон презентации

http://img3.nnm.me/d/e/c/d/b/decdba16b6db9a56bdd8b3cb7bab7d85.jpg - вода горкой

http://topkin.ru/wp-content/uploads/2016/11/voda-v-prirode.jpg - вода в природе

http://www.diet-menyu.ru/wp-content/uploads/2016/10/ Вода1. jpg - вода

http://akwamir.com.ua/images/design_06.jpg

http://i3.wallpaperscraft.com/image/led_kubiki_teplo_voda_tayanie_20924_1600x1200.jpg - кубики льда

http://denpopmuz.ru/uploads/images/n/o/v/novogodnjaja_snezhinka.jpg - снежинка

https://i.ytimg.com/vi/tjK-6sgvCd4/hqdefault.jpg

http://podomostroim.ru/wp-content/uploads/2013/01/ Состав-бетона-вода . jpg

http://wallpapers3.hellowallpaper.com/nature_iceberg_03-1920x1440.jpg