XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Волшебное проникновение яйца в бутылку
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Вокруг нас происходит множество интересных вещей. Люди всегда проявляли любопытство к природе и пробовали объяснить наблюдаемые явления, анализировать течение различных процессов, чтобы ответить на вопросы о том, как они происходят; почему они происходят так, а не иначе; как должен действовать человек, чтобы они не причинили ему вреда и как можно использовать их на благо человека. Давление окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. Атмосферное давление играет огромную роль в жизни человека.
Актуальность работы заключается в экспериментальном доказательстве существования атмосферного давления, которое можно использовать при изучении и демонстрации отдельных тем учебных предметов «Окружающий мир» и «Физика».
Цель проекта: изучить что такое атмосферное давление, провести эксперименты, доказывающие существование атмосферного давления, раскрыть волшебное проникновения яйца в бутылку.
Задачи проекта:
1. Изучить атмосферное давление и его связь с жизнью человека.
2.Провести собственные эксперименты, доказывающие существование атмосферного давления.
3. Сделать выводы по теме исследования.
4. Оформить исследовательскую работу.
Методы исследования:
1. Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.
2. Отбор и обобщение и материалов по теме исследования.
3. Постановка экспериментов.
4. Анализ полученных результатов.
5. Выводы по теме.
Практическая значимость работы заключается в том, что проведённые опыты и полученные результаты могут быть использованы как дополнительный материал на уроках физики, географии и окружающего мира.
2. Основная часть.
2.1. История открытия атмосферного давления.
Изучение атмосферного давления имеет большую историю. Как и другие научные открытия, оно тесно связано с практическими потребностями людей.
Устройство насоса было известно ещё в глубокой древности. Аристотель и его последователи объяснили движение воды за поршнем в трубе насоса тем, что «природа боится пустоты». Истинная причина этого явления – давление атмосферы – им была не известна. Галилео Галилей занимался этим вопросом но не успел разрешит его до конца. После смерти Галилея эти научные исследования продолжил его ученик Торричелли. Эванджелиста Торричелли (1608-1647 гг.)- автор концепции атмосферного давления, изобрел ртутный барометр. Опыт Торричелли с ртутью и водой повторил французский учёный Паскаль. Блез Паскаль (1623-1662) математик, физик, мыслитель. Он считал, что для окончательного доказательства факта существования атмосферного давления необходимо проделать опыт Торричелли один раз у подножья какой ни будь горы, а другой - на её вершине. Такой опыт был проведен 15 ноября 1647 года, он показал что давление на вершине горы на 100 мм рт.ст. меньше чем у подножья. Паскаль не ограничился одним опытом и поставил другой опыт, который он образно назвал доказательством «пустоты в пустоте». Этот опыт окончательно опроверг теорию Аристотеля о «боязни пустоты» и подтвердил существование атмосферного давления.
2.2. Способы измерения атмосферного давления.
Атмосферное давление измеряют с помощью специального прибора - барометра. В переводе с греческого это слово означает "Измеритель тяжести".
На метеостанциях используют ртутный барометр. Основная его часть - стеклянная трубка длиной 1 м, запаянная с одного конца. В нее налита ртуть - тяжелый жидкий металл. Открытым концом трубка погружена в широкую чашу, также заполненную ртутью. Если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в трубке опускается и наоборот. По высоте столба ртути в трубке, на которую нанесена шкала, определяют величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.
В походах и экспедициях пользуются более удобным прибором - барометром-анероид."Анероид" в переводе с греческого означает "безжидкостный", в нем нет ртути. Главной его частью является металлическая упругая коробочка, из которой скачали воздуха. Это делает ее очень чувствительной к изменениям давления извне. При повышенные давления она сжимается, при снижении - расширяется. Эти колебания через особый механизм передаются стрелке, которая указывает на шкале величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба или в паскалях.
2.3. Опыты, подтверждающие существование атмосферного давления.
Для доказательства атмосферного давления я рассмотрел и провел несколько экспериментов, которые подтверждают существование атмосферного давления.
Э ксперимент №1. Я взял широкогорлую бутылку из-под сока и сваренное вкрутую, очищенное яйцо. Яйцо в бутылку не проходило. После того, как с помощью горячей воды, я нагрел воздух в бутылке, яйцо втянулось в неё. Это произошло потому, что внутри бутылки воздух начал остывать, давление внутри бутылки стало меньше, чем снаружи и под действием атмосферного давления яйцо вошло в бутылку.
Вывод: атмосферное давление существует, и оно вдавило яйцо в бутылку.
Эксперимент № 2. Я положил на плоскую тарелку монету и налил немного воды. Монета очутилась под водой. Потом взял стакан, ополоснул его кипятком и опрокинул на тарелку рядом с монетой.
В ода собралась под стаканом, потому что воздух в стакане начал остывать. Холодный воздух занимает меньше места, чем горячий, внутреннее давление уменьшилось. Стакан начнет всасывать воду, и вскоре вся вода соберется под ним. Таким образом, вода устремляется из области высокого давления в область низкого давления. Монета останется лежать на тарелке без воды и её можно взять, не замочив рук.
Вывод: вода собирается под стаканом благодаря разности внешнего атмосферного и внутреннего давления под стаканом.
2.4. Описание эксперимента.
Главным моим вопросом в этом проекте стало то, как же всё-таки яйцо могло попасть в бутылку. Тем более я видел, что бутылка по первому взгляду была стеклянная и с узким горлышком. Поэтому, кажется, что это просто невозможно. Первое, что приходило на ум - это обычный фокус. Я даже нашёл определение этого слова. Фокус – это ловкий приём, трюк, обманывающий зрение, основанный на проворстве и быстроте движений. Получается, что яйцо могли смазать чем-то, чтоб оно легко провалилось в бутылку, а может и бутылка была совсем и не стеклянная? Но опыт — это совсем другое. Я не поленился и тоже нашёл определение этому слову. Опыт – это совокупность знаний и навыков, являющаяся результатом деятельности. То есть, как я понимаю, если это опыт, то он должен быть подкреплён какой-либо теорией или законом.
Прежде чем приступить к самому опыту, нужно подготовить все необходимое для его проведения. А именно, нам понадобится: стеклянная бутылка; отваренное и очищенное от скорлупы яйцо, оно обязательно должно быть больше, чем горлышко бутылки; горячая вода. Яйцо нужно хорошо подготовить, нельзя его переваривать. Затем нужно подержать яйцо в холодной воде: после снятия скорлупы, белок должен быть гладким, чтобы плотно прилегать к горлышку бутылки, не пропуская внутрь воздух. Так же необходимо подобрать бутылку, диаметр горлышка которой меньше диаметра яйца. Я выбрал бутылку из-под сока.
А теперь можно приступать и к самому процессу. Итак, берём стеклянную бутылку, наливаем в неё горячую воду, немного трясем бутылку, чтобы вода распространилась по всей бутылке и нагрела её. Затем выливаем воду и закрываем горлышко яйцом. И что мы видим, яйцо медленно и вместе с тем уверенно втягивается внутрь. И уже через несколько секунд оно оказывается на дне бутылки. Такому итогу я был безусловно рад, я справился с проведением этого опыта и результат был достигнут. Но… Теперь мне предстояло разобраться, а за счет чего яйцо каким-то волшебным образом оказалось внутри бутылки?
Как я и говорил ранее, у меня были сомнения, а действительно это опыт или просто фокус. И тут я вспомнил урок по окружающему миру, когда мы изучали воздух и его свойства. Воздух состоит из частиц, называющихся молекулами, между которыми имеются промежутки. Частицы никогда не находятся в покое, они все время движутся и сталкиваются. И когда воздух нагревается, молекулы начинают двигаться еще быстрее и сталкиваются сильнее. Поэтому промежутки между ними увеличиваются и воздух расширяется. А ведь в моем опыте сначала воздух в бутылке нагревается. А когда выливаем горячую воду и закрываем горлышко яйцом, воздух начинает охлаждаться и молекулы наоборот начинают притягиваться друг к другу и сжиматься, засасывая яйцо внутрь бутылки.
Теперь я могу уверенно сказать, что это не просто фокус, а самый настоящий опыт, ведь у него есть научное объяснение.
2.5. Социологический опрос.
Мне стало интересно, а знают ли взрослые и дети причину того, как яйцо оказалось внутри бутылки и будет ли им это интересно?
Для этого я решил показать опыт своим родственникам и одноклассникам. Сначала я провел опрос у взрослых, оказалось, что из 10 опрошенных закон знали только 4 человека, а опыт интересен был всем. Анализ результатов представил в круговой диаграмме.
Потом провел опрос у одноклассников, оказалось, что закон, на котором основан опыт не знает никто. А из 22 опрошенных учащихся, опыт не понравился только двум ученикам. Данные также отобразил в круговой диаграмме.
3. Заключение.
Заниматься исследовательской работой очень интересно и увлекательно, она развивает воображение, ведь проделывая опыты всегда хочется понять почему так происходит. И получая хороший результат, мы радуемся и хотим этим поделиться, рассказать друзьям, родителям. А еще можно узнать много нового, то чего нам не расскажут в школе, дома. Изучив теорию и выполнив опыт, я сделал выводы:
1. Проведение самостоятельно опытов, нахождение информации о их законах – это очень увлекательное занятие, особенно когда всё получается.
2. Выяснил и доказал, что это был не фокус, а самый настоящий опыт.
3. Раскрыл секрет проникновения яйца в бутылку. Это происходит благодаря свойству воздуха при нагревании расширятся, а при охлаждении сжиматься.
4. Узнал, что именно на этом свойстве воздуха основан способ лечения банками. Их также нагревают и ставят на кожу человека, и при охлаждении воздуха кожа засасывается внутрь банки. Их применяют для местного прилива крови к коже.
Мне даже вспомнился один интересный рассказ Астрид Линдгрен «Приключения Эмиля из Лённеберги». Мальчик Эмиль засунул голову в супницу, чтобы доесть последнюю каплю супа. Голова застряла . Пришлось родителям везти его к доктору. Здороваясь с доктором, Эмиль поклонился, и супница легко слетела с головы. Поэтому, не зная законов, не стоит делать необдуманных поступков.
Выполняя проект, я очень увлекся и узнал много нового. И сейчас у меня появилось ещё больше желания делать различные опыты, изучать их и показывать другим людям: в классе, в школе, в Интернете. Ведь это так познавательно и интересно! Но всегда нужно помнить об осторожности, а лучше всего делать под присмотром взрослых.
4. Список использованной литературы.
1.Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)
2. Видеоресурсы http://www.youtube.com/watch?v=sbCW2RydyLU
3. Гулиа Н.В. Удивительная физика.- М.: - Энас, 2008 г.
4. Окружающий мир, 3 класс, Плешаков А. А., 1 часть, ФП. ФГОС
5. Природоведение, 3 класс, Бахрамов А., Шарипов Ш., Набиева М., 2019
6. Тарасов Л.В. Физика природных явлений.- М.: Мнемозина, 2013 г.