Проект по физике для полной реализации для 6_7 класса

Мы говорим: она играет;
Она бежит всегда вперёд,
Но никуда не убегает.
В морях и реках обитает,
А часто по небу летает.
А как наскучит ей летать,
На землю падает опять.

Вода — довольно простое вещество с химической точки зрения, однако при этом она обладает рядом необычных свойств, которые не перестают удивлять ученых.

Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде. Например:

Условия наблюдения парадокса Мпембы:

• Одновременное размещение стаканчиков.

• Заморозку производить в морозильной камере (не на улице).

• Стаканчики открыты.

• Сосуды располагаем непосредственно на снег морозильной камеры.

• Наливают одинаковое количество воды.

• Чем больше разница температур в сосудах, тем лучше наблюдается эффект.

• Время для проведения одного опыта – от 40 до 90 минут.

В результате заморозки горячая вода кристаллизуется быстрее холодной!

МБОУ Коелгинская

СОШ

2016

• Вода обладает уникальным свойством – информационной памятью. Она помнит всё! «Стереть» предыдущую информацию очень трудно.

• На состояние воды влияет даже музыка. Вода – внимательный слушатель.

Совершенно ясно, что вода легко меняется под воздействием вибраций и энергий в окружающей среде, несмотря на то, что это токсичная и загрязнённая или девственно чистая среда.

• В морозильной камере горячая вода замерзает быстрее, чем холодная.

Цель проекта:

Выяснить, какая вода замерзает быстрее: горячая или холодная.

Задачи проекта:

• Подобрать инвентарь для опытов.

• Провести опыты по заморозке воды в морозильной камере в различных условиях: в открытых и закрытых сосудах, одновременно, в отдельности друг от друга.

• Изучить исследования по теме в сети интернет.

• Попробовать обосновать результаты опытов.

Оборудование для проведения опытов.

• Холодильник с морозильной камерой.

• 2 одинаковых стаканчика.

• Измерительный шприц на 5 мл с ценой деления 0,1 мл.

• Секундомер и таймер на сотовом телефоне.

Внешние условия:

• Открытые сосуды.

• Стаканчики в морозилку помещаются одновременно.

• Вода кипячёная холодная и горячая.

Эффект, известный как парадокс Мпембы, впервые был обнаружен Аристотелем ещё в IV веке до нашей эры.

Своё название эффект получил в 1960-х годах, когда школьник Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) из Танзании выступил перед всем классом с заявлением о том, что мороженое замёрзнет быстрее, если его нагреть, прежде чем положить в морозильную камеру.

Смех товарищей прекратился лишь тогда, когда школьный учитель лично провёл эксперимент и убедился в правильности выводов ученика.

Коелгинская средняя общеобразовательная школа

Тема проекта по физике

«Удивительная вода»

(парадокс Мпембы)

Выполнила:

ученица 6 класса «Б»

Попова Валентина

Проверила:

учитель физики

Игошина Н.В.

Коелга, 2016г.

Содержание проекта

• Введение.

• Цель, задачи.

• Условия проведения опытов.

• Экспериментальная часть.

• Выводы.

• Развитие проекта.

• Продукты проектной деятельности.

• Источники информации.

• Этапы работы над проектом.

• Приложения.

Введение

Вода — довольно простое вещество с химической точки зрения, однако при этом она обладает рядом необычных свойств, которые не перестают удивлять ученых.

Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись.

Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде. Например:

- при температуре -38 °C даже самая чистая сверхохлажденная вода внезапно превратится в лед;

- при -120 °C с водой начинает происходить что-то странное: она становится сверхвязкой или тягучей, как патока;

- при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.

Кроме того, окружающая среда вносит свои изменения в структуру воды. Так, например, различаются по виду кристаллы обычной водопроводной воды и воды святой.

На состояние воды влияет даже музыка. Вода – внимательный слушатель. Кристаллы воды под воздействием классической музыки симметричны, красивы. Но если играет тяжёлый рок – они теряют красивую структуру.

Совершенно ясно, что вода легко меняется под воздействием вибраций и энергий в окружающей среде, несмотря на то, что это токсичная и загрязнённая или девственно чистая среда.

Вода обладает уникальным свойством – информационной памятью. Она помнит всё! «Стереть» предыдущую информацию очень трудно. Недавно выяснилось, что предыдущая информация с воды исчезает в моменты фазовых переходов: во время замерзания и последующего оттаивания; когда вода испаряется, затем конденсируется и проливается дождём.

Но особый интерес вызывает другое свойство. Один мальчик-старшеклассник в нашей школе продолжительное время задавал на переменах ученикам и учителям вопрос: «Какая вода замерзает быстрее — холодная или горячая?». Не постеснялся спросить и нашего гостя из 31-го лицея. Все, как один отвечали ему, что по логике вещей, первой должна превращаться в лед холодная вода: ведь горячей воде надо сначала остыть до температуры холодной, а потом уже превращаться в лед, в то время как холодной воде остывать не надо. Мальчик утверждал, что видел в Интернете обратный случай.

Мы тоже заинтересовались этим вопросом.

Итак, какая вода замерзает быстрее?

Эффект, известный как парадокс Мпембы, впервые был обнаружен Аристотелем ещё в IV веке до нашей эры. Своё название эффект получил в 1960-х годах, когда школьник Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) из Танзании выступил перед всем классом с заявлением о том, что мороженое замёрзнет быстрее, если его нагреть, прежде чем положить в морозильную камеру. Смех товарищей прекратился лишь тогда, когда школьный учитель лично провёл эксперимент и убедился в правильности выводов ученика.

Учёные достаточно давно знают о том, что при определённых обстоятельствах в морозильной камере горячая вода замерзает быстрее холодной, но до сих пор никто не мог объяснить, почему (ПРИЛОЖЕНИЕ_2). Многие исследователи выдвигали свои предположения и теории.

Существует несколько объяснений этого парадокса:

• Горячая вода быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее.

• Наличие снеговой подкладки в морозилке холодильника. Стакан с горячей водой протаивает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозилки.

• Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу.

• Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде – растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру.

Проблема заключается в том, что эффект проявляется не всегда – холодная вода гораздо чаще замерзает быстрее горячей.

В качестве гипотезы возьмём мнение большинства: холодная вода замерзает быстрее горячей.

Цель проекта:

• Выяснить, какая вода замерзает быстрее: горячая или холодная.

Задачи проекта:

• Подобрать инвентарь для опытов.

• Провести опыты по заморозке воды в морозильной камере в различных условиях: в открытых и закрытых сосудах, одновременно, в отдельности друг от друга.

• Изучить исследования по теме в сети интернет.

• Попробовать обосновать результаты опытов.

Условия проведения опытов:

Оборудование:

• Холодильник с морозильной камерой.

• 2 одинаковых стаканчика.

• Измерительный шприц на 5 мл с ценой деления 0,1 мл.

• Секундомер и таймер на сотовом телефоне.

Дополнительные условия:

• Открытые сосуды.

• Стаканчики в морозилку помещаются одновременно.

• Вода кипячёная холодная и горячая.

Экспериментальная часть

Опыт №1

Горячая и холодная вода помещаются в морозильную камеру одновременно.

Суммарный объём горячей воды меньше холодной. Видимо, горячая вода быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем.

Опыт №2

Стаканчики с водой пробуем заморозить. В каком из двух вода замёрзнет быстрее?

В морозильной камере, в замкнутом пространстве в стаканчиках устанавливается тепловое равновесие. Уменьшенный испарением объем горячей воды замерзает быстрее.

Опыт №3

В герметичных сосудах холодная вода замерзает быстрее.

Опыт №4

Если сосуды расположить на махровом полотенце внутри морозильной камеры, холодная вода замерзает быстрее.

Наблюдение

На морозном воздухе:

Если на морозе быстро плеснуть холодную воду из стаканчика вверх, она падает каплями на снег. Если заменить воду на очень горячую – вода моментально превращается в пар! [4]

Но если воду замораживать на улице в стаканчиках подтверждается гипотеза: холодная вода замерзает значительно быстрее горячей. Этот опыт я нашла в Интернете [3].

Для повторения последних двух экспериментов уже не было соответствующего мороза на улице, но опыт других исследователей был убедительный.

В результате наблюдений и выполненных опытов мы бы предложили следующие условия наблюдения парадокса Мпембы:

• Одновременное размещение стаканчиков.

• Заморозку производить в морозильной камере (не на улице).

• Стаканчики открыты.

• Сосуды располагать непосредственно на снег морозильной камеры.

• Наливать одинаковое количество воды.

• Чем больше разница температур в сосудах, тем лучше наблюдается эффект.

• Время для проведения одного опыта – от 40 до 90 минут.

• Соблюдение правил безопасности (ПРИЛОЖЕНИЕ_1).

Выводы

• Гипотеза о том, что холодная вода замерзает быстрее горячей, частично не подтверждена. В морозильной камере в открытом сосуде без изоляции от снега горячая вода замерзает быстрее.

• Условия выполнения опыта влияют на результат (как часто мы открываем холодильник, открыты или закрыты сосуды, подкладываем полотенце под стаканчики или нет).

• Вода капризна, малейшее изменение окружающей среды мешает проведению качественного опыта.

Развитие проекта

В дальнейшем предполагается продолжить исследование воды и её свойств, дополнить проект исследованием кристаллизации воды, когда снег или лёд кладут на стаканчики с водой. В перспективе - изучить виды снежинок, рассмотреть их в электронный микроскоп, измерить поверхностное натяжение воды.

Продукты проектной деятельности

Внешние

• Буклет

• Презентация

Внутренние

Развитие способностей:

• вербально-лингвистических;

• логико-математических;

• визуально-пространственных;

• внутриличностных;

• научно-прикладных.

Источники информации

1. http://www.doctor1618.org.ua/kr/images/snejki.png

2. http://www.newagent.spb.ru/kak/183-amazing-characteristic-of-water

3. http://yandex.ru/video/search?p=4&filmId=2YAs63sjUXI&text=%D0%B2%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D0%BE%20%D0%B3%D0%BE%D1%80%D1%8F%D1%87%D0%B0%D1%8F%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0%20%D0%BD%D0%B0%20%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B5&path=wizard

4. https://www.youtube.com/watch?v=AntE2e99bPc

5. https://yandex.ru/images/search?text=%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0%20%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B0&stype=image&lr=56&noreask=1&source=wiz

6. https://yandex.ru/images/search?text=%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0%20%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B0&img_url=http%3A%2F%2F900igr.net%2Fdatas%2Fgeografija%2FVoda-v-zhizni-cheloveka%2F0019-019-Razlichija-kristallov-vody.jpg&pos=2&rpt=simage&_=1459066058901

7. Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга 1 [Текст]/Я.И. Перельман// На лёд или под лёд?/ - М.: Наука, 1979. – с.119.

Этапы работы над проектом

Комментарий - указанная работа была представлена на районном конкурсе ученических проектов и участница была признана победителем. Проект по экспериментальному подтверждению Эффекта Мпембы можно реализовать, в частности, в рамках изучения тем: «Теплопередача», «Испарение» рабочей программы по внеурочной деятельности по физике.

ПРИЛОЖЕНИЕ_1

ВАЖНО!

Правила соблюдения безопасности

1. Проводить опыты только под наблюдением взрослых!

2. Во избежание поломки дорогого оборудования в качестве морозильной установки нельзя использовать камеру без снежного покрытия. Прослойка снега должна составлять минимум 2,5-3,5 см!

3. При работе с горячей водой необходимо быть осторожным, не загромождать область проведения эксперимента.

4. Быть аккуратным и собранным, чтобы не ранить себя стеклом или не испортить телефон-секундомер.

ПРИЛОЖЕНИЕ_2

Британское Королевское химическое общество объявило конкурс на разгадку Эффекта Мпембы

Объявлен международный конкурс на разгадку научной тайны “Эффект Мпембы”. Дедлайн 30 июля 2012 года.

Организатор: Британское Королевское химическое общество.

Еще Аристотель 2,5 тысячи лет назад обратил внимание, что в некоторых случаях горячая вода замерзает быстрее, чем холодная.

Объяснение этому парадоксальному явлению не найдено до сих пор, хотя оно широко применяется на практике, в частности, производителями мороженого и барменами.

После Аристотеля над тайной замерзания горячей воды бились Френсис Бэкон и Рене Декарт, затем ученые как-то охладели к этой теме. Лишь в 1968 году эта загадка снова стала объектом пристального внимания физиков.

А все благодаря танзанийскому школьнику Эрасто Мпембе.

Он опаздывал с выполнением практической работы по поварскому делу (нужно было самому изготовить мороженое) и вынужден был поставить еще горячее молоко в морозильную камеру.

Каково же было его удивление, когда его горячая смесь замерзла быстрее, чем у его товарищей, которые остудили заготовку перед тем, как ставить ее в холодильник.

Эрасто заинтересовался этим необычным явлением и проверил его на обычной воде. Результаты оказались аналогичными: кипяток замерз быстрее воды комнатной температуры.

Мпемба обратился за консультацией к профессору Деннису Осборну из университетского колледжа в Дар-Эс-Саламе, и вот уже весь научный мир начал ломать голову над этим чудом. Эффект быстрого замерзания горячей воды, кстати, получил название парадокс Мпембы.

Ученые предлагают разные варианты ответов на поставленный Мпембой вопрос, но к единому мнению ученые мужи так и не пришли. Понятно, что всё дело в разнице свойств горячей и холодной воды. Но вот какие именно свойства играют роль в этом случае: разница в переохлаждении, испарении, формировании льда, конвекции или что-то еще?

Приз конкурса за лучшее объяснение эффекта Мпембы:

• 1000 фунтов стерлингов

Сайт конкурса для добавления вашего объяснения: www.hermes2012.org/ice

Технологическая карта проекта по физике

Тема проекта: «Удивительная вода» (эффект Мпембы).

Тип проекта по доминирующей деятельности: исследовательский.

Время работы: сентябрь, 2016 – январь, 2017.

Цель проекта: формирование раннего профессионального самоопределения, учебно-познавательной активности обучающихся и умения видеть и понимать мир через опыт научно - практической деятельности.

Задачи проекта:

— формировать у учащихся первоначальные физические понятия и систему понятий; понятия о методах физических исследований;

— формировать умения описывать и объяснять на основе имеющихся знаний явления природы, структурные формы и свойства материи, научные основы техники;

— формировать познавательный интерес к физике и технике, положительные мотивы учения;

— воспитывать нравственные качества личности, культуры учебного труда, элементы экологической культуры, уважительного отношения к людям труда малой родины.

Методы обучения: репродуктивный, проблемный, эвристический.

Формы организации познавательной деятельности обучающихся: индивидуальная или групповая.

Этапы работы над проектом

Проект по физике «Удивительная вода» (парадокс Мпембы)

Выполнила

Попова Валентина

ученица 6 класса «В»

Проверила

Игошина Наталья Владимировна

Учитель физики

МБОУ «Коелгинская СОШ»

Удивительная вода

• Вода — довольно простое вещество с химической точки зрения, однако при этом она обладает рядом необычных свойств, которые не перестают удивлять ученых.

Состояния воды

Состояния воды

Ученые выделяют как минимум

5 различных состояний воды

в жидком виде и

14 состояний в замерзшем виде.

Фотографии кристаллов воды

Обычная

водопроводная

вода

Святая

вода

Фотографии кристаллов воды

Моцарт,

симфония №40

Тяжёлый рок

Память воды

Вода обладает уникальным свойством – информационной памятью. Она помнит всё!

«Стереть» предыдущую информацию очень трудно.

Парадокс Мпембы

Эффект, известный как  парадокс Мпембы , впервые был обнаружен Аристотелем ещё в IV веке до нашей эры.

Своё название эффект получил в 1960-х годах, когда школьник  Эрасто Мпемба  (Erasto Mpemba) из Танзании выступил перед всем классом с заявлением о том, что мороженое замёрзнет быстрее, если его нагреть, прежде чем положить в морозильную камеру .

Слово учёных

• Учёные достаточно давно знают о том, что при определённых обстоятельствах в морозильной камере горячая вода замерзает быстрее холодной, но до сих пор никто не мог объяснить, почему (ПРИЛОЖЕНИЕ_1). Многие исследователи выдвигали свои предположения и теории.

Слово учёных

Существует несколько объяснений этого парадокса

Слово учёных

• Горячая вода быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее.

Слово учёных

• Наличие снеговой подкладки в морозилке холодильника. Стакан с горячей водой протаивает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозилки.

Слово учёных

• Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу .

Слово учёных

• Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде – растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру.

«Какая вода замерзает быстрее — холодная или горячая?»

ГИПОТЕЗА:

Холодная вода замерзает быстрее горячей.

Цель проекта

• Выяснить, какая вода замерзает быстрее: горячая или холодная.

Задачи проекта

• Подобрать инвентарь для опытов.
• Провести опыты по заморозке воды в морозильной камере в различных условиях: в открытых и закрытых сосудах, одновременно, в отдельности друг от друга.
• Изучить исследования по теме в сети интернет.
• Попробовать обосновать результаты опытов.

Условия проведения опытов

Оборудование:

• Холодильник с морозильной камерой.
• 2 одинаковых стаканчика.
• Измерительный шприц на 5 мл с ценой деления 0,1 мл.
• Секундомер и таймер на сотовом телефоне.

Дополнительные условия:

• Открытые, закрытые сосуды.
• Стаканчики помещаются одновременно.
• Вода кипячёная холодная и горячая.

Опыт №1

Стаканчики с водой помещаем в морозильную камеру одновременно.

Суммарный объём горячей воды меньше холодной. Видимо, горячая вода  быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем.

Опыт №2

Стаканчики с водой пробуем заморозить. В каком из двух вода замёрзнет быстрее?

В морозильной камере, в замкнутом пространстве в стаканчиках устанавливается тепловое равновесие. Уменьшенный испарением объем горячей воды замерзает быстрее.

Опыт №3

В герметичных сосудах холодная вода   замерзает   быстрее .

Опыт №4

Если сосуды расположить на махровом полотенце внутри морозильной камеры, холодная вода   замерзает   быстрее .

Наблюдение

• Если на морозе быстро плеснуть холодную воду из стаканчика вверх, она падает каплями на снег. Если заменить воду на очень горячую – вода моментально превращается в пар!

На морозном воздухе

• Если воду замораживать на улице в стаканчиках подтверждается гипотеза: холодная вода замерзает значительно быстрее горячей.

Условия наблюдения парадокса Мпембы

• Одновременное размещение стаканчиков.
• Заморозку производить в морозильной камере (не на улице).
• Стаканчики открыты.
• Сосуды располагаем непосредственно на снег морозильной камеры.

Условия наблюдения парадокса Мпембы

• Наливают одинаковое количество воды.
• Чем больше разница температур в сосудах, тем лучше наблюдается эффект.
• Время для проведения одного опыта – от 40 до 90 минут.
• Соблюдение правил безопасности (ПРИЛОЖЕНИЕ_2).

Вывод

• Гипотеза о том, что холодная вода замерзает быстрее горячей частично подтверждена. В морозильной камере в открытом сосуде без изоляции от снега в камере горячая вода замерзает быстрее. То есть наблюдается эффект Мпембы.

Вывод

• Условия выполнения опыта влияют на результат (как часто мы открываем холодильник, открыты или закрыты сосуды, подкладываем полотенце под стаканчики или нет).

Вывод

• Вода капризна, малейшее изменение окружающей среды мешает проведению качественного опыта.

Развитие проекта

В дальнейшем я думаю

продолжить исследование воды

и её свойств.

Продукты проектной деятельности

• Буклет

• Презентация

Источники информации

• https://www.youtube.com/watch?v=AntE2e99bPc
• http://www.doctor1618.org.ua/kr/images/snejki.png
• https://yandex.ru/images/search?text=%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0%20%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0 %B0&img_url=http%3A%2F%2F900igr.net%2Fdatas%2Fgeografija%2FVoda-v-zhizni-cheloveka%2F0019-019-Razlichija-kristallov-vody.jpg&pos=2&rpt=simage&_=1459066058901
• https://yandex.ru/images/search?text=%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0%20%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B0&stype=image&lr=56&noreask=1&source=wiz
• http://www.newagent.spb.ru/kak/183-amazing-characteristic-of-water
• Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга 1 [Текст]/Я.И. Перельман// На лёд или под лёд?/ - М.: Наука, 1979. – с.119.

Вознаграждение за объяснение эффекта Мпембы

ПРИЛОЖЕНИЕ_1

• Объявлен международный конкурс на разгадку научной тайны “Эффект Мпембы”. Дедлайн 30 июля 2012 года.
• Организатор: Британское Королевское химическое общество.
• Приз конкурса за лучшее объяснение эффекта Мпембы:

1000 фунтов стерлингов

• Сайт конкурса для добавления вашего объяснения: www.hermes2012.org/ ice

ВАЖНО! Правила соблюдения безопасности

ПРИЛОЖЕНИЕ_2

• Проводить опыты только под наблюдением взрослых!
• Во избежание поломки дорогого оборудования в качестве морозильной установки нельзя использовать камеру без снежного покрытия. Прослойка снега должна составлять минимум 2,5-3,5 см!
• При работе с горячей водой необходимо быть осторожным, не загромождать область проведения эксперимента.
• Быть аккуратным и собранным, чтобы не ранить себя стеклом или не испортить телефон-секундомер.