Физика воды

XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022

Физика воды

Лазутин А.В. 1
1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа № 15 г. Калуги"
Андреева Ю.В. 1
1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа №15 г.Калуги"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Среди всего многообразия веществ есть одно, без которого невозможно обойтись: у него нет вкуса, нет цвета, нет запаха, но мы всегда остро ощущаем, когда этого вещества нет. Без него человек может прожить не более 10 дней, но 80 % болезней связано с качеством этого вещества. Это вещество – вода.

Мне стало интересно узнать об этой жидкости, о её физических свойствах и я решил их изучить, проделав некоторые опыты, которые мне захотелось провести дома, зафиксировать их на видео, а затем показать их друзьям и тем самым удивить одноклассников.

Актуальность темы исследования: обусловлена обобщением накопленного опыта и продвижением знаний по основному вопросу между одноклассниками, а также проведением увлекательного и познавательного занятия в домашних условиях, которое поможет мне познакомиться с удивительными свойствами самой простой воды

Объект исследования: вода как физическое явление.

Предмет исследования: физическиесвойства воды.

Цель: изучить особенности свойств воды и возможность их использования в жизни человека.

Задачи:

Изучить физические свойства воды

Провести опыты с водой

Сделать выводы на основе полученных данных

Защитить проект в классе

Показать одноклассникам видеоролик с практической частью

Гипотеза: 

Жизнь   без   воды невозможна.

Ввода – уникальное вещество на планете, которое имеет множество физических и химических свойств и в  котором нуждается всё живое. Проведение самых простых опытов в домашних условиях, позволит доказать, насколько удивительны свойства самой простой воды.

В своей работе я использовал следующие методы исследования:

Методы эмпирического уровня:

фотографирование и видеосъемкапроводимых в домашних условиях опытов. Необходимо зафиксировать опыты на фото и видео, чтобы в дальнейшем продемонстрировать собранный материал своим одноклассникам.

Методы экспериментально-теоретического уровня:

анализ – используется для описания выводов.

Методы теоретического уровня: изучение теоретических материалов и обобщение среди одноклассников.

Практическая значимость моей работы состоит в том, что она может быть использована школьниками для повышения образовательного уровня, а учителем физики для объяснения тем и проведения занимательного урока по данному материалу.

1. Теоретические сведения о воде.

1.1. Применение воды в жизни человека

Главный потребитель воды на Земле — это человек. Не случайно все мировые цивилизации формировались и развивались исключительно вблизи водоемов. Значение же воды в жизни человека просто огромное.

Тело человека тоже состоит из воды. В теле новорожденного — до 75% воды, в теле пожилого человека — более 50%. При этом известно, что без воды человек не выживет. Так, когда у нас исчезает хотя бы 2% воды из организма, начинается мучительная жажда. При потере более 12% воды человеку уже не восстановится без помощи врачей. А потеряв 20% воды из организма, человек умирает.

Вода является для человека исключительно важным источником питания. По статистике человек за месяц в норме потребляет 60 литров воды (2 литра в день). Именно вода доставляет к каждой клеточке нашего организма кислород и питательные вещества. Благодаря наличию воды наш организм может регулировать температуру тела. Вода также позволяет перерабатывать пищу в энергию, помогает клеткам усваивать питательные вещества. А еще вода выводит шлаки и отходы из нашего тела.

Человек повсеместно использует воду для своих нужд: для питания, в сельском хозяйстве, для различного производства, для выработки электроэнергии. Неудивительно, что борьба за водные ресурсы идет нешуточная.

1.2. Физические свойства воды.

Вода — единственное вещество, существующее на Земле одновременно в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она является основным компонентом морей и океанов, ледников и айсбергов, облаков и тумана.

Около 70 % поверхности Земли покрыто океанами, морями, реками и озерами — природными хранилищами воды. Из космоса толстый слой воды имеет голубой цвет, вот почему нашу планету называют голубой. Вода входит в состав всех живых организмов, а также очень многих минералов.

Попробую определиться с тем, что же считается основными свойствами воды.

Получается, что когда нужно перечислить основные свойства воды, имеются в виду те свойства, которые важны для всех живых существ. Можно сказать, для жизни в целом.

Многие свойства воды аномальны, это вызвано особенностями строения молекулы воды. Формула воды - Н2О (предложена в 1805 г Гумбольдтом и Гей-Люсаком), т.е. состоит из 1 атома кислоро­да и 2-х атомов водорода. Молекула воды обладает угловым строением, ядра которого образуют равнобедренный треугольник. В основании этого треугольника находятся два протона - ядра атомов водорода, а вершиной является ядро атома кислорода. (Приложение 1)

1) Молекулы воды осуществляют переходы из одного состояния в другое. Переходы со­провождаются выделением или поглощением энергии.

2) При нормальном давлении температура плавления льда и замерзания воды равна 0°С. При повышении дав­ления лед плавится при отрицательных температурах.

3) С увеличением солености понижается температура замерзания воды.

4) Плотность воды в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Следовательно, лед образуется на поверхности водоемов и не опускается на дно.

5) В диапазоне температуры воды от 0 до 4°С плотность воды не уменьшается, а увеличивается. Это аномаль­ное свойство воды, вследствие которого образуется лед и водоемы не промерзают, потому что при температуре воды менее 4°С пресная вода становится менее плотной.

6) Аномальное изменение плотности приводит к аномальному изменению объёма воды. С увеличением темпе­ратуры от 0 до 4°С объём химически чистой воды уменьшается; лишь при дальнейшем увеличении температу­ры объём увеличивается. Объём льда всегда больше объема воды. Примеры в природе - морозное выветривание, образование наледей, бугров бучения и т.д.

7) Высокая удельная теплоемкость воды, что ведет к регулированию тепловых процессов на всей планете.

8) Очень малая теплопроводность. При понижении температуры и давления понижается и теплопроводность. С понижением температуры и понижением плотности уменьшается теплопроводность. Поэтому происходит медленный нагрев и охлаждение водной массы. Проявляется это свойство в том, что снег предохраняет почву от промерзания, а лед - водоемы от промерзания.

9) Вязкость воды невелика, поэтому вода подвижна. При увеличении температуры вязкость уменьшается, по­этому в холодное время года вязкость воды больше, чем в теплое.

10) Очень высокое поверхностное натяжение.

11) Свет частично поглощается и преломляется, поэтому проникает лишь на небольшую глубину. Именно здесь протекает фотосинтез.

12) Вода хорошо проводит звук (в 4-5 раз больше, чем в воздухе). Скорость звука увеличивается при повыше­нии температуры воды, солености и давления.

13) Низкая электропроводность, которая увеличивается при повышении минерализации количества ионов хло­ра и калия.

14) Вода является универсальным растворителем.

1.3. Интересные факты о воде.

Вот всего лишь несколько фактов:

- Самая чистая вода по данным ЮНЕСКО находится в Финляндии. Всего в исследовании свежей природной воды принимало участие 122 страны. При этом 1 млрд. людей по всему миру вообще не имеет доступа к безопасной воде.

- С помощью воды можно бороться с лишним весом. Употребляя из напитков только воду, можно резко снизить общую калорийность рациона. Во-первых, потому, что человек прекращает пить калорийные сладкие газировки и соки, во-вторых, потому, что после воды меньше тянет взять сладостей, как в случае с чаем или кофе

- Вода помогает снизить вероятность сердечного приступа. Во время исследований ученые выяснили, что те люди, которые пьют около шести стаканов воды в день, меньше подвержены риску сердечного удара в отличие от тех, кто выпивает всего два стакана.

- Без воды человек может прожить очень не долго. Без еды человек может прожить около шести недель, а без воды – пять-семь суток. За всю свою жизнь человек выпивает примерно 35 т воды.

- Самая дорогая в мире вода продается в Лос-Анджелесе. Производители упаковывают драгоценную жидкость со сбалансированным вкусом и значением ph в бутылки со стразами "Swarovski". Стоит такая вода 90 $ за 1 л.

- Существует и опасная вода. Так, например, в Азербайджане есть вода, в которой много метана, поэтому она может загореться, если поднести к ней спичку. А в Сицилии в одном из озер есть подводные источники кислоты, которые отравляют всю воду в этом водоеме.

- Морская вода – весьма питательная субстанция. В 1 куб. см такой воды содержится 1.5 г белка и других веществ.

2. Практическая часть.

2.1. Мои исследования, анализ результатов.

В практической части мной было проведено несколько опытов, наглядно показывающих физические свойства воды.

Исследования на основе свойства плотности воды:

«Плавающее яйцо»

Что потребуется?

Одно сырое яйцо, вода, соль, высокий стакан

Инструкция

Наливаю половину стакана воды. Опускаю яйцо в обычную пресную воду, и яйцо опускается на дно. Затем добавляю большое количестве соли (около 6 столовых ложек) и перемешиваю. Аккуратно опускаю яйцо в соленую воду и смотрю, что происходит.

Что происходит?

Когда я опускаю яйцо в жидкость, оно плавает на поверхности и не опускается на дно. Соленая вода более плотная, чем обычная водопроводная вода, чем плотнее жидкость, тем легче плавать телу, погруженному в неё. Таким образом, можно сделать простой вывод: тела тонут в жидкости, если их плотность выше, чем плотность жидкости

«Утонувший лёд»

Что потребуется?

Стакан с водой, кубик льда, подсолнечное масло

Инструкция

Беру стакан с водой и опускаю в него кубик льда. Лёд оказался на поверхности воды. Затем я наливаю в этот стакан немного подсолнечного масла, и лёд оказался между слоем воды и слоем масла.

Что происходит?

Вещества с меньшей плотностью плавают на поверхности более плотных веществ. Растительное масло остается на поверхности воды, потому что плотность масла меньше плотности воды.

Исследование, основанное на свойстве теплопроводности воды:

«Свеча и шарик»

Что потребуется?

Шарик, свеча, вода.

Инструкция

Что произойдёт с надутым шариком, если его поднести к зажжённой свечке? Конечно, он лопнет! А теперь наливаю в шарик немного воды и подношу его к свечке – шарик выдерживает огонь.

Что происходит?

Вода в шарике забирает тепло свечки, не дает стенкам шарика расплавиться, и шарик останется целым. Но долго так держать не получится.

Исследования, основанные на свойствах натяжения воды и давления:

«Скрепка на воде»

Что потребуется?

Канцелярские скрепки, два стакана с водой, пинцет.

Инструкция

Сначала просто опускаю скрепку в стакан с водой, вижу, что она утонула. Затем, с помощью пинцета, кладу аккуратно скрепку на поверхность воды и скрепка осталась на поверхности.

Что происходит?

Благодаря молекулам воды, которые очень близко расположены друг к другу, вода образует пленку, которая может удерживать предметы.

«Шарик в банке»

Что потребуется?

Стеклянная банка, шарик, вода.

Инструкция

Беру банку, наливаю в неё горячую воду и жду 2-3 минуты, чтобы стенки банки хорошо прогрелись. Воду выливаю и на горлышко банки помещаю надутый шарик с небольшим количеством воды внутри, так, чтобы он был больше объёма горлышка банки.

Что происходит?

Стенки банки начинают отдавать тепло воздуху внутри банки, а перекрыв горлышко шариком, я создал разницу давления внутри и снаружи банки. За счет этого шарик и втягивается в банку.

Исследования, основанные на капиллярном свойстве и текучести воды:

«Цветы на воде»

Что потребуется?

Цветная бумага, ножницы, широкая емкость с водой

Инструкция

Вырезаю из бумаги квадраты примерно 10 см х 10 см. Складываю их пополам дважды и вырезаю лепестки, чтобы получились цветы. Помещаю цветки  в посуду, наполненную водой.

Что происходит?

Цветы  раскрываются. Всё дело в волокнах, из которых состоит бумага. Бумажные волокна поглощают воду, они набухают и стремятся выпрямиться,  при этом  лепестки раскрываются.

«Перемещение воды»

Что потребуется?

3 стакана, вода, краситель, бумажные салфетки.

Инструкция

Беру 3 стакана, в два из них наливаю воду и добавляю цветной краситель. Из бумажной салфетки сделаем 2 жгута и поместим одним концом в цветную воду, а другим в пустой стакан.

Что происходит?

Через некоторое время по бумажному жгуту вода поднимается вверх и переливается в соседний стакан, цвета воды смешиваются. Между волокнами бумаги есть промежутки и по ним вода поднимается вверх. Чем тоньше капилляры, тем выше вода может по ним подняться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

«Что такое  вода?» – вопрос далеко не простой.

Вода – это важный источник энергоресурсов, это вещество, которое создало нашу планету, и наша жизнь без нее невозможна!

При выполнении своей исследовательской работы, я ещё раз убедился в том, что вода - одно из самых удивительных веществ в природе. Без воды не может жить человек, животные, растения.

На основании проведённых опытов, мною было выяснено, какими основными свойствами она обладает.

• Вода - прозрачная жидкость, не имеющая вкуса, цвета и запаха.

• Она принимает форму того сосуда, в который ее помещают.

• Вода – универсальный растворитель.

• Вода текуча и перемещается из одного сосуда в другой.

• Вода имеет поверхностное натяжение.

• Вода обладает хорошей теплопроводностью.

• Вода может замерзнуть за секунду

• Вода расширяется при замерзании.

Плотность воды может быть разной.

Цели и задачи, поставленные мной в начале исследовательской работы, были достигнуты.

Гипотеза была доказана. Проведение опытов – это очень увлекательное и познавательное занятие, которое помогло мне познакомиться с удивительными свойствами самой простой воды. Думаю, что знания, которые я приобрел, работая над проектом, пригодятся мне не только на уроках физики, но и в повседневной жизни.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Википедия (свободная энциклопедия) – [электронный ресурс]

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0#%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0

2. http://rnto.club/biblioteka/kollektiv-rnto/Stati/voda-samij-zagadochnij-jelement-na-zemle.html

https://www.healthwaters.ru/articles/

3. Российская электронная школа (информационно-образовательная среда) – [электронный ресурс]

https://resh.edu.ru/subject/lesson/2062/main/

«Удивительная физика», Л. Г. Асламазов, А. А. Варламов, изд.: «Наука», Москва, 1988

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Рис.1

Рис.2

Молекула воды

Приложение 2

«Плавающее яйцо»

«Утонувший лёд»

« Свеча и шарик»

« Скрепка на воде»

« Шарик в банке»

« Цветы на воде»

« Перемещение воды»

Просмотров работы: 21