VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Поверхностное натяжение
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Наблюдая летом за поверхностью реки, я заметил, что многие насекомые перемещаются по поверхности воды и не тонут. Легкие водомерки могут быстро скользить по поверхности воды, как конькобежцы по льду. Значит, вода обладает каким – то свойством, позволяющим выдерживать всю эту живность. И название этому свойству – поверхностное натяжение.
Клоп – водомерка использует силу поверхностного натяжение, удерживающую его на поверхности воды. Его лапки покрыты водоотталкивающим налетом. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапок, но за счет силы поверхностного натяжения водомерка остается на поверхности. Он не тонет, поскольку вес клопа меньше силы поверхностного натяжения воды.
В жизни мы можем встретить поверхностное натяжение в самых простых ситуациях. Например, под действием силы поверхностного натяжения капли воды превращаются на стекле в полушарие.
Данное явление заинтересовало меня, и я решил изучить тему поверхностного натяжения и его роль в природе.
Цель работы: изучение поверхностного натяжения воды.
Гипотеза: предположим, что поверхностное натяжение воды существует.
Задачи работы:
Изучить литературу по теме работы;
Опытным путем убедиться в поверхностном натяжении воды;
Сделать вывод о проделанной работе.
Методы исследований: опыты.
Поверхностное натяжение воды
Теоретическая часть.
Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения – на самом деле именно благодаря им жидкость мгновенно не улетучивается. На молекулы внутри жидкости силы притяжения действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и результирующая сила направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воду стремиться стянуться под действием этих сил. По совокупности эффект приводит к формированию так называемой силы поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней невидимой, тонкой, упругой пленки.
Одним из следствий эффекта поверхностного натяжения является то, что для увеличения площади поверхности жидкости – ее растяжения – нужно проделать механическую работу по преодолению сил поверхностного натяжения. Следовательно, если жидкость оставить в покое, то она стремиться принять форму, при которой площадь ее поверхности минимальна.
В своем стремлении сократиться поверхностная пленка придавала бы жидкости сферическую форму, если бы не тяжесть. Чем меньше капелька, тем большую роль играют поверхностные силы по сравнению с объемными (тяготением).
При идеальном стечении обстоятельств, при поверхностном натяжении, когда все молекулы стремятся к центру жидкости, должен получаться шарик. Этот шарик можно увидеть летом на траве, если рано утром выйти на улицу (маленькие капельки росы). Капли дождя в полете принимают почти сферическую форму, а капли воды на покрытом свежим воском автомобиле, собираются в бусинки.
Поверхностное натяжение измеряется силой, с которой поверхностный слой действует на единицу длины того или иного контура на свободной поверхности жидкости по касательной к этой поверхности. В Международной системе единиц эта величина измеряется в ньютонах на метр (1 Н/м).
Практическая часть
Чтобы доказать, что существует поверхностное натяжение, проделаем несколько опытов.
Опыт № 1 «Эксперимент опыт с водой и монеткой».
Как вы думаете, сколько капелек воды поместится на обычной монетке? Этот эксперимент покажет, что поверхность воды может растягиваться. (Приложение, рис.1)
Реквизит: вода, блюдце, монетка, пипетка.
Ход эксперимента
Положить монетку на блюдце, а блюдце - на очень ровную поверхность.
В пипетку набрать воды.
Капать воду в центр монетки с очень близкого расстояния, считать количество капель и смотреть, какую форму принимает поверхность воды на монетке.
Результат
Вода на монете будет расположена не ровным тонким слоем, как это может показаться перед экспериментом. Поверхность воды будет растягиваться и становиться все более выпуклой с каждой новой каплей до тех пор, пока тонкая плёночка, которую образует поверхность воды, не порвется. И тогда почти вся вода с монетки вытечет в блюдце.
В ходе эксперимента на пятирублевой монетке поместилось 36 капель воды, затем вода пролилась.
Вывод: поверхностное натяжение воды существует.
Опыт № 2 «Опыт с молоком и красителями».
Этот опыт показывает, как может изменяться поверхностное натяжение жидкостей. (Приложение, рис.2)
Реквизит: молоко, блюдце, красители, пипетка, жидкое мыло и ватная палочка.
Ход эксперимента
Налить в миску столько молока, чтобы оно закрывало дно.
Налить по всей поверхности молока по две капли раствора красителя разных цветов (розовый, желтый, бирюзовый).
Добавить ватной палочкой на середину блюдца каплю жидкости для мытья посуды и наблюдать, что случилось с красителями.
Результат: Цветные струйки быстро удаляются от центра к краям. Мыло способно разрушить поверхностное натяжение воды. Молекулы мыла проникают между молекулами воды и снижают их взаимное притяжение. Там, где касаешься мылом, поверхностное натяжение разрушается.
Вывод: мой опыт показал, что жидкое мыло разрушает поверхностное натяжение воды.
Опыт № 3 «Компас своими руками».
Этот опыт показывает, как может поверхностное натяжение воды может применяться на практике. (Приложение, рис.3)
Реквизит: вода, стакан, магнит, иголка, щипцы.
Ход эксперимента.
Намагнитить иголку.
Налить в стакан воды.
Аккуратно положить иголку на поверхность воды.
Результат.
С помощью щипцов положили иголку на воду, чтобы она лежала на поверхности и не тонула. Для наглядности рядом поставили компас, чтобы проверить показания самодельного компаса. Намагниченная иголка, лежа на поверхности воды, верно указывала северное направление.
Вывод: мой опыт показал, что поверхностное натяжение воды можно использовать на практике.
Выводы
Гипотеза, что поверхностное натяжение воды существует, подтвердилась.
В результате воздействия силы поверхностного натяжения, касаясь куском мыла поверхности воды в центре, краситель начинает расплываться к стенкам миски; поверхностное натяжение весьма чувствительно к наличию каких – либо примесей. Зная это можно уменьшить или увеличить значение силы.
Силу поверхностного натяжения можно использовать на практике.
Силы поверхностного натяжения используются человеком и в промышленности.
При отливке сферических форм, например, ружейной дроби, каплям расплавленного металла просто дают застывать на лету при падении с достаточно большой высоты, и они сами застывают в виде шариков, прежде чем упадут в приемный контейнер.
В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты, не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности. Их добавляют, например, в жидкие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности грязных крапин после высыхания.
Приложение
|
Рис. 1. Опыт 1 |
|
|
Рис.2. Опыт 2 |
|
|
Рис. 3. Опыт 3 |
Список литературы
1. А так ли хорошо вам знакомо поверхностное натяжение?
Квант № 3,2005
2. Книга из серии «Мурзилка» Забавные физические опыты. Репьев С. А.
Издательство: Карапуз.
3. Увлекательные опыты. Биология, физика, химия, науки о земле. Ненси К О
Лири, Сьюзен Шелли.
4. Большая книга занимательных наук, Я. Перельман
5. Научные развлечения с простыми вещами. Опыты и эксперименты для
детей. Шапиро А. И.
6. Источник: Дж. Ванклив "Занимательные опыты по физике" и "200 экспериментов"; "Забавная физика" Л.Гальперштейн
7. http://class-fizika.ru/op31-13.html