XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение с помощью физических экспериментов правильности описания поэтами световых явлений
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды при поиске дополнительной информации к уроку физики я обнаружил интересное стихотворение, содержащее физическую ошибку:
Она жила и по стеклу текла,
Но вдруг её морозом оковало,
И неподвижной льдинкой капля стала.
А в мире поубавилось тепла.
Автор строк, очевидно, не знал, что если «поубавилось тепла», то льдинка его получила, а, значит, не могла замёрзнуть.
Меня очень заинтересовал вопрос: правильно ли понимают поэты законы физики при создании своих произведений? Захотелось выяснить, верно ли с точки зрения физики трактуются описываемые явления.
Особое внимание привлекают световые явления, а именно, источники света. Ведь именно им посвящено поэтами множество стихотворений.
Актуальность темы проекта. По теме данной исследовательской работы и подобных работ не встретилось информации ни в одном из источников. Из этого можно сделать вывод, что эта тема не изучена. Значит, исследовательская работа по теме «Изучение с помощью физических экспериментов правильности описания поэтами световых явлений» важна и актуальна.
Цель исследования: экспериментальным способом исследовать правильность описания световых явлений в произведениях поэтов, привлечь внимание учеников к использованию научных физических экспериментов для объяснения сущности описанных в литературных произведениях природных явлений.
Гипотеза исследования:
В исследуемых стихотворениях, посвященных источникам света, поэты верно рассуждают с точки зрения законов физики, правильно трактуют описываемые явления с научной точки зрения.
Задачи исследования:
изучить необходимую литературу по теме исследовательской работы;
проанализировать стихотворения об источниках света с точки зрения физики;
экспериментально смоделировать ситуации, описанные в стихах, сделать выводы;
создать пособие для оформления стенда «Это интересно» для пополнения методических материалов кабинета физики.
Для выполнения поставленных задач использовался комплекс методов исследования:
теоретический анализ учебной и художественной литературы по данной теме;
исследование стихотворных фрагментов с точки зрения законов физики;
моделирование стихотворных строк с помощью экспериментального оборудования;
количественный и качественный анализ полученных результатов.
Форма предоставления продукта проекта. Описание экспериментально-исследовательской работы в форме пособия для стенда «Это интересно» для пополнения методических материалов кабинета физики.
Основная часть
Теоретическая часть
1. Теоретические основы явлений, используемые в работе.
В учебной литературе и справочниках по физики даны определения физическим понятиям, которые использованы в данном исследовании.
Свет – это излучение, но лишь та часть, которая воспринимается человеческим глазом. Поэтому свет называют видимым излучением.
Источники света – тела, от которых исходит свет. Существует много источников света, но все они делятся на две группы: естественные и искусственные. Искусственные тоже можно разделить: на тепловые и люминесцирующие.
Естественные источники света – Солнце и другие звёзды, молнии, полярные сияния, светящиеся насекомые и т.д. Среди искусственных источников света особая роль отведена свече. Она стала символом жизни, знаний, символом бессмертия. Кроме свечи к искусственным источникам относятся лампы накаливания, лучины, факелы и т.д.
Молния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.
Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. Атмосферное давление уравновешивает вес вышележащих слоёв воздуха. Измеряется барометром. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па).
Влажность воздуха – показатель содержания воды в воздухе.
Электризация тел – возникновение в них электрического состояния, происходящее при чрезвычайно разнообразных процессах, совершаемых с этими телами. Почти всякое механическое действие, производимое с твердым телом, как, например, трение об это тело или надавливание на него другого тела, скобление, раскалывание, сопровождается развитием электричества.
2. Сбор необходимой информации
Вместе с тем отмечено, что в учебниках не используются поэтические произведения для иллюстрации световых физических явлений. Просмотрев ряд литературных источников в школьной библиотеке, внимание привлёк сборник стихотворений «Три века русской поэзии»[1].
Современные школьники большую часть информации получают из глобальной сети Интернет. Поэтому в процессе поиска были использованы Интернет-ресурсы. В итоге мною были выбраны для исследования три стихотворения, в которых упоминались источники света и связанные с ними явления:
«Как золотая птичка…», А. Тарковский [1];
«Неохотно и несмело…», Ф. Тютчев [1];
«Свечи огонь», А. Игнатов [3].
Из них были выделены четыре фрагмента для проведения экспериментального моделирования описанных поэтами явлений.
Как золотая птичка,
Дрожит огонь впотьмах,
В одну минуту спичка
Сгорит в моих руках.
А. Тарковский
Наверное, такое,
Навек родное мне,
Сердечко голубое
Живет в её огне.
А. Тарковский
Свеча, сгорая слёзы льёт
О чём-то словно сожалея.
Всего лишь ночь и жизнь пройдёт
К утру в огарке еле тлея.
А. Игнатов
Вот пробилась из-за тучи
Синей молнии струя –
Пламень белый и летучий
Окаймил её края.
Ф. Тютчев
3. Подготовка экспериментального оборудования.
В ходе исследования было использовано следующее оборудование: спички, свеча, светофильтры (цветные стёклышки): синее и красное, герметичный стеклянный сосуд (колба), шприц-насос, психрометр, электрофорная машина, секундомер-таймер, распылитель воды (опрыскиватель), затемнённое помещение (лаборатория), помещение для длительного сгорания свечи.
4. Правила техники безопасности.
При обращении с горящими предметами нужно помнить о правилах пожарной безопасности.
Стеклянный сосуд нужно использовать аккуратно, не роняя и не подвергая его перегреву и перенасыщению давления в нём.
При использовании электрофорной машины необходимо иметь защитные резиновые перчатки и быть особенно внимательным при электрическом разряде, не касаться её в процессе разряда.
Практическая часть
1. Экспериментальное исследование, связанное со спичками.
Исследование скорости сгорания спички
В одну минуту спичка
Сгорит в моих руках.
Были испытаны в процессе сгорания спички разных производителей:
ООО «Феникс», г. Киров;
ЗАО «Плитспичпром», г. Балабаново;
ООО «СФ «Белка-Фаворит»», г. Слободской.
Моделировались различные ситуации сгорания. Для наиболее объективной оценки результатов, повторения сгорания взятых спичек проводились десятикратно.
Горение спичек при нормальных условиях, учитывая и меняя угол наклона.
В итоге было получено среднее значение времени - 52 секунды.
Горение спичек при повышенной влажности воздуха в помещении (после увлажнения опрыскивателем), значение которой измерялось психрометром и составило 76%.
В результате было получено среднее значение времени – 56 секунд.
Горение спичек при повышенном атмосферном давлении. Ситуация повышения давления создавалась закрытым герметичным сосудом с закачиванием в него воздуха с помощью шприца-насоса.
Среднее значение времени составило 58 секунд (Приложение).
Вывод из экспериментального моделирования: с учётом всех измерений видим, что время сгорания спички не превышает одной минуты, но и ненамного меньше предполагаемого времени сгорания.
Эксперимент доказал справедливость слов автора, что спички сгорают в интервале до одной минуты.
Исследование середины пламени спички
Сердечко голубое
Живет в её огне.
Чтобы проверить, действительно ли голубого цвета серединка пламени спички, использованы были светофильтры синего и красного цвета. Через них велось наблюдение за «сердечком» пламени спички в момент вспышки, горения и потухания.
Вывод из увиденного: в момент вспышки при наблюдении через красное стекло была видна лишь очень малая часть центра пламени в виде бледно-фиолетового пятнышка, а через синее – лишь маленький светлый овал. При равномерном горении картинка не изменилась при наблюдении через разные фильтры, только пятнышко стало более крупным, зато в процессе затухания цвета были более яркими, а размеры светящейся части более видимыми (Приложение).
Из этого явно следует, что автор стихотворения прав, называя центр пламени спички «сердечком голубым».
2. Экспериментальное исследование, связанное со свечой.
Всего лишь ночь и жизнь пройдёт
К утру в огарке еле тлея.
Проверяю, сгорит ли за ночь обычная неароматическая свеча из неокрашенного парафина, оставив лишь расплывшийся огарок.
Для упрощения ожидания сгорания и в целях уменьшения пожарной опасности решено было исследовать процесс сгорания четвёртой части свечи (удобно делить на 4).
Эта часть сгорела за 1 час 38 минут. Значит, ориентировочное время сгорания полной свечи – 6 часов 32 минуты. Средняя продолжительность между заходом и восходом Солнца в мае составляет в среднем 16 часов 15 минут. Значит, продолжительность ночи составит 7 часов 45 минут. Исходя из данных, свеча вполне может сгореть за «всего лишь ночь» (Приложение).
Таким образом, информация, данная автором приведённых строк не противоречит экспериментально полученным результатам.
3. Экспериментальное исследование, связанное с молнией.
Синей молнии струя –
Пламень белый и летучий
Окаймил её края.
Процесс исследования цвета и поведения молнии моделируется с помощью электрофорной машины. При накапливании заряда в процессе электризации происходит явление, аналогичное предгрозовому разряду. После сближения шариков возникает пробой слоя воздуха между ними, то есть электрический разряд. Аналогичный разряд, только во много раз мощнее, происходит и в атмосфере.
Наблюдение за искусственной молнией показало, что цвет разрядной линии светлый, близок к белому, а по фирме разряд напоминает слегка изогнутую линию, почти прямую. По характеру движения: по скорости распространения и форме траектории условно можно эту молнию сравнить со струёй (Приложение).
Наблюдаемые в эксперименте и описываемые поэтом в данном стихотворении явления идентичны. Следовательно, можно сделать вывод, что поэт верно изложил суть наблюдаемого им природного явления, не исказив при этом законы физики.
Заключение
В ходе исследовательской работы с использованием физических экспериментов доказано, что при написании стихотворений, для объяснения сущности описанных поэтами природных явлений, в частности источниках света, известные поэты верно рассуждают с точки зрения законов физики, правильно трактуют описываемые явления. Это показывает необходимость изучения законов физики для объяснения явлений окружающего мира. Знания эти необходимы и физикам, и лирикам.
Таким образом, гипотеза, выдвинутая в начале работы, подтвердилась.
Надеюсь, что проведённые исследования заинтересуют очень многих ребят. Описание экспериментально-исследовательской работы в форме пособия для стенда «Это интересно» пополнило методические материалы кабинета физики (Приложение).
В дальнейшем предполагается продолжить исследовательскую работу для других разделов физики.
Список источников информации и литературы
Банников Н. И. «Три века русской поэзии» - М.: Просвещение, 1986 г., 752 стр.
Трофимова Т.И. Справочник школьника «Физика от А до Я». – М.: Дрофа, 2014 г., 304 стр.
https://stihi.ru
https://germeon.ru/catalog/item/51632/
https://soundcloud.com/thebluevoid
https://ru.pngtree.com/free-png-vectors/спичка
https://meteonovosti.ru
П риложение