XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Капиллярность
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мне всегда было интересно наблюдать за движением воды. Движение воды вниз я наблюдала, глядя на ручей, родник, реку, водопад. Вода течёт вниз под действием силы тяжести. Меня заинтересовал вопрос: “А может ли вода подниматься вверх?” Предположим, что да. Иначе как вода проникает в растения, поддерживая их жизнь?
Цель и задачи
Я поставила себе цель доказать гипотезу, что вода движется не только вниз, но и вверх.
Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:
Изучить физическое явление капиллярность
Исследовать какие материалы обладают капиллярностью.
Выяснить от чего зависит эффект капиллярности.
Теоретическая часть
Вода может подниматься вверх по стволу растения, питая его. Оказывается, что ствол растения содержит тоненькие трубочки (капилляры), через которые вода поступает к листьям. Явление поднятия воды по капиллярам называется капиллярностью. Благодаря капиллярности возможны жизнедеятельность животных и растений, различные химические процессы, бытовые явления.
Питание растений обусловлено всасыванием из почвы влаги и питательных веществ, что возможно благодаря наличию капилляров в корневой системе и стеблях растения.
Учет капиллярности необходимо учитывать при обработке почвы. Например, для того чтобы происходило более интенсивное испарение влаги из почвы, необходимо уплотнять её. В этом случае в почве образуются капилляры и влага поднимается по ним вверх и испаряется. Чтобы уменьшить испарение, почву рыхлят, разрушая при этом капилляры, и влага дольше остается в почве.
Прикладывая промокательную бумагу, удаляют излишек чернил с письма, хлопчатобумажной или льняной тканью вытирают мокрые места на столе или на полу. Применение полотенец, салфеток возможно только благодаря наличию в них капилляров. Поднятие керосина или расплавленного стеарина по фитилям ламп и свечей обусловлено наличием в фитилях капиллярных каналов.
В технике как один из способов подвода смазки к деталям машин применяют иногда фитильный способ подачи масла.
В строительном деле приходится учитывать подъем влаги из почвы по порам строительных материалов. Из-за этого отсыревают стены зданий. Для защиты фундамента и стен от воздействия грунтовых вод и сырости применяют гидроизоляцию, покрывая фундамент горячим (жидким) битумом или обкладывая водонепроницаемым рулонным материалом (толь или рубероид).
С помощью опытов понаблюдаем капиллярные явления и исследуем, от чего зависит эффект капиллярности (уровень поднятия воды в капилляре).
Практическая часть
Опыт 1. Капиллярность растений
Наливаем в банку воду и подкрашиваем её несколькими каплями пищевого красителя.
Опускаем в подкрашенную воду ветку растения (сельдерея и хризантемы) ставим банку в тёплое место.
Наблюдаем за изменением окраски растения.
Результат: через несколько часов и ветка, и листики становятся синими, приобретая цвет чернил. Это происходит потому, что в силу капиллярности вода поднимается по стволу растения вверх. У хризантемы сначала новый оттенок появится лишь на кончиках лепестков. Через три дня почти все цветы будут «перекрашены». (Фото 1)
Фото 1
Опыт 2. Капиллярность бумаги
Возьмём лист бумаги.
Нарисуем цветок, вырежем и раскрасим его с обеих сторон.
Загнем лепестки внутрь к центру цветка.
Положим бумажный цветок в тарелку с водой. (Фото 2)
Результат: цветок постепенно раскрывается.
Это происходит потому, что вода проникает в пустые пространства между волокнами бумаги, и мы наблюдаем явление капиллярности.
Фото 2
Опыт 3. Капиллярность ткани
На хлопковую ткань нанесём рядом капли краски.
Подвесим ткань вертикально так, чтобы её один конец соприкасался с водой.
Ждём.
Результат: вода по капиллярам хлопка ползёт вверх, растягивая за собой краску. Следовательно, ткань обладает свойством капиллярности. (Фото 3)
Фото 3
Опыт 4. Капиллярность дерева
Возьмём 5 спичек.
Надломим их все посередине, согнём и положим на блюдце.
Уроним несколько капель воды на сгибы спичек.
Результат: спички постепенно начинают распрямляться и образуют звезду. (Фото 4, 5)
Это происходит потому, что волокна дерева впитывают влагу. Она ползёт все дальше по капиллярам. Дерево набухает и спички распрямляются.
Фото 4
Фото 5
В ходе исследования я наблюдала капиллярность в растениях, бумаге, ткани, спичках. У меня возник вопрос: от чего зависит уровень воды в капиллярах в разных ситуациях?
Предположим, от толщины капилляров. В одних материалах они уже, в других – шире. Это можно увидеть под микроскопом. Проверим, как это свойство влияет на капиллярный эффект.
Опыт 5. Влияние толщины капилляров на капиллярный эффект
Возьмём две одинаковые пипетки и снимем резиновые мешочки.
Опустим одну пипетку в стакан с подкрашенной водой широким концом, а другую узким.
Посмотрим, на какую высоту поднимется вода в обеих пипетках.
Результат: уровень воды в пипетке с широким концом на 2 мм выше, чем в стакане, а уровень воды в пипетке с узким концом на 1 см выше. (Фото 6)
Вывод: чем тоньше трубочка, тем выше поднимается по ней вода.
Фото 6
При повторном проведении опыта замечаем, что вода в широкой трубочке поднимается быстрее, чем в узкой. (Фото 6)
Приходим к заключению: среди рассмотренных образцов у растений самые узкие капилляры. Для поднятия воды к листьям хризантемы понадобилось около 2,5 часов (полное окрашивание – 2 суток), у сельдерея полное окрашивание - 15 часов.
У бумаги, ткани, спичек пространства между волокнами шире. Вода в них поднимается быстрее. Явление капиллярности мы наблюдали через несколько минут.
Опыт 6. Влияние температуры на уровень поднятия воды
Возьмем две одинаковые полоски хлопковой ткани.
Нанесём на них по капле краски.
Опустим концы в стаканы с водой разной температуры.
Наблюдаем.
Результат: через 5 минут на ткани, помещённой в тёплую воду, цветной столбик оказался ниже, чем на ткани, опущенной в холодную воду. Однако поднятие тёплой воды произошло быстрее. (Фото 7)
Это объясняется тем, что тёплая вода расширяет капилляры, а чем шире капилляры, тем ниже уровень поднятия воды.
Фото 7
По мере остывания воды произошло выравнивание уровней поднятия воды в обоих образцах.
Выводы
В природе под действием силы тяжести вода стремится вниз, но по капиллярам она поднимается вверх.
Капиллярностью обладают растения, бумага, ткань, дерево.
Чем уже капилляры, тем выше поднимается по ним вода.
Чем выше капиллярность, тем медленнее поднимается вода по капиллярам.
Чем выше температура воды, тем ниже капиллярность.
Практический совет
Цветы желательно поливать водой комнатной температуры. Так корни растений быстрее получат необходимую влагу, и она с питательными веществами поднимется по стеблю к листьям.
Список литературы
1. Л.Я. Гальперштейн, «Здравствуй, физика»
2. Ф.Рабиза, «Опыты без приборов»
3. academic.ru
4. wikipedia