XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Физика воды
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
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»