VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Может ли вода течь вверх?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
С самого раннего детства мы знаем, что такое вода. Это необходимое условие жизни. Вода это самое распространенное в природе вещество. Вода настолько привычна, что нам кажется, что нет ничего необычного в этом веществе. Редко кто задается вопросом, что же такое вода?
На уроках окружающего мира я узнала, что вода это бесцветная, прозрачная жидкость, существенным признаком которой является текучесть. Но только ли это вода? Вода это уникальная особенность, отличительная черта планеты Земля. Мировой океан – это вода. Реки, озера, болота, ручьи, пруды, водохранилища, каналы, родники – это вода. Лёд и снег – это вода. Тучи, облака, туманы – это вода. Вода – это главная составляющая всех живых организмов. Вода всюду. Силой и красотой воды восхищаются художники и поэты. Воду изучают ученые.
Актуальность
Трудно себе представить нашу жизнь без воды. Поэтому, я считаю, что любая тема о воде – всегда будет актуальной, так как вода это единственное вещество на Земле, обладающее удивительными свойствами и без которого не может существовать ни один живой организм. Вода – это богатство. Мы должны научиться видеть, понимать и применять в жизни удивительные свойства воды. Умение видеть необычные и интересные явления не требует особых затрат и усилий, однако используется живой природой и человеком в повседневной жизни.
Мне стало очень интересно, так ли необычна вода и что нового я могу увидеть и понять, изучая природу воды. На уроках окружающего мира я узнала, что для роста и развития всем живым организмам, в том числе и растениям необходима вода. Практически все растения поглощают воду из почвы с помощью корня. В то же время, наблюдая за ростом растений, я задала себе вопрос, почему листья на самой макушке деревьев, даже самых высоких, зеленые и не сохнут. Как вода поднимается к ним от корня до самого верха? Раз листья и цветы не сохнут, значит, вода течет вверх. Я знаю, что человек может заставить течь воду вверх. Примером тому служат многочисленные фонтаны, созданные людьми. Но как вода без помощи человека может течь вверх? Ответ на вопрос мне непременно захотелось получить. Поэтому я решила выяснить, что помогает воде самостоятельно течь вверх.
Цель исследования:определить условия, заставляющие течь воду вверх.
Задачи исследования:
Изучить литературу по данному вопросу.
Провести анкетирование одноклассников.
Провести опыты, доказывающие или опровергающие мою гипотезу.
Анализировать и систематизировать полученные данные.
Сделать выводы.
Объект исследования: вода.
Предмет исследования: условия, влияющие на движение воды вверх.
Методы исследования:
анкетирование;
анализ литературы по теме работы;
проведение физических опытов;
наблюдение и сравнение, систематизация;
обобщение опыта, полученного в результате работы.
План проведения исследования:
выдвижение гипотезы;
изучение теоретической части вопроса;
анкетирование одноклассников;
проведение опытов, сравнение и обобщение;
подведение итогов исследования, выводы.
Гипотеза:вода может течь вверх.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Теоретические исследования
Какие же условия влияют на движение воды? Опираясь на то, что мне уже известно, я решила ответить на этот вопрос, изучая более подробно то, как происходит движение воды в растениях. Для этого я изучила различные источники информации: прочла книги, статьи интернет-сайтов, посмотрела научные фильмы. Мною был проведен ряд опытов.
М ы знаем, что если выпустить камень из рук, он упадет на пол. «Виновата» в этом сила тяжести, которая притягивает все без исключения объекты к центру Земли. А подняв упавший камень, мы заметим, что его внешний вид нисколько не изменился. Он – твердый, а твердые предметы сохраняют свою первоначальную форму.
Теперь представим себе, что упал не камень, а стакан с водой. Вода выплеснется и в беспорядке растечется. Мы знаем, жидкость собственной формы не имеет. Она занимает тот объем, ту форму, в которую налита. Все та же сила тяжести заставляет жидкость стремиться к самой низкой точке. Одним словом, где вода — там самое низкое место. Почему реки впадают в море? Просто уровень воды в морях ниже. Любая река как бы наклонена к тому морю, в которое она впадает. Ярким доказательством тому, что вода притягивается к Земле и стремится занять самый низкий уровень, являются водопады.
Таким образом, мы выяснили, что вода текучая, не имеет собственной формы. Вода течет вниз под действием силы тяжести и занимает самое низкое место, то есть течет вниз.
Я так же знаю, что вода медленно и незаметно поднимается по стволу растения вверх, поддерживая его жизнь. Ученые утверждают, что при определенных условиях она способна течь вверх самопроизвольно. Долгое время то, как вода из почвы поднимается вверх от корня до верхушки, оставалось загадкой для них. Однако, изучая строение растений, выяснилось, что практически у всех представителей растительного мира есть очень тоненькие, едва заметные трубочки – капилляры. И это позволяет предположить, что именно по капиллярам вода и поднимается вверх. Значит, сама природа сотворила чудо и вопреки силе тяжести, заставила течь воду вверх. Наука до сих пор не может дать точный ответ на вопрос, какое же именно условие способствуют этому явлению. Поэтому они склоняются к мысли, что движение воды от корня к макушке растения осуществляется под действием нескольких сил, работающих одновременно.
В ыделяют три основных условия – капиллярность, смачиваемость и испарение воды листьями.
Капиллярность- это способность жидкостей подниматься и опускаться по капиллярам.
Капилляры – это тоненькие сосуды, трубочки.
Если поместить достаточно тонкую трубку (например, соломинку) в сосуд с водой, уровень воды в трубке поднимается чуть выше уровня воды в сосуде. Вода в капилляре поднимается тем выше, чем тоньше трубочка. Способность воды подниматься в узкой трубочке, это один из примеров к апиллярных явлений. Благодаря капиллярности растения способны доставлять воду из почвы к ветвям и листьям. Это происходит всегда и повсеместно. Например, сама поднимается вода вверх в почве, сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту - от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам, сама движется вода вверх в порах салфетки или промокательной бумаги, в ткани.
Но по всем ли трубочкам вода способна подниматься вверх? Разобраться в этом нам поможет такое свойство воды, как способность смачивать различные предметы.
Смачиваемость – это частичное или полное пропитывание твердых тел жидкостью.
Одни твердые тела способны хорошо смачиваться водой, а другие совершенно не смачиваются. Всем известно, что если поместить каплю воды на плоскую поверхность, она либо растечется, либо примет округлую форму. Если капля растечется или впитается, то мы говорим, что твердое тело смачивается. Если капля останется в форме шара, то мы говорим, что твердое тело не смачивается, то есть не впитывает воду.
Учеными-физиками было доказано, что по капиллярам, которые обладают хорошей смачиваемостью, вода способна подниматься вверх. А по капиллярам, которые не способны смачиваться водой, вода вверх не поднимается.
Испарение - это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар).
Н а уроках окружающего мира я узнала, что все растения испаряют воду в основном с помощью листьев и травянистых стеблей. На листьях есть устьица. Устьица – это поры или микроскопические отверстия в кожице листьев и травянистых стеблей растений.
Испарение воды листьями оказывает большое значение на движение воды вверх. Растение непрерывно испаряет воду через устьица. Благодаря испарению, появляется возможность нового притока воды к листьям. Присасывающее действие испарения играет большую роль в передвижении воды по растению, оно как бы тянет воду по капиллярам вверх.
Таким образом, я могу предположить, что вода течет вверх по стволу растения, если одновременно соблюдаются все, описанные выше, условия. А именно, растения в своем строении от корня до листьев и цветков имеют тонкие трубочки – капилляры. Капилляры растений смачиваются водой, то есть впитывают воду, следовательно, по капиллярам вода может подниматься вверх. На движение воды вверх на достаточную высоту влияет испарение воды листьями. Это явление оказывает тянущий эффект на воду от корня до самой макушки растений, в том числе и самых высоких деревьев.
Чтобы это доказать или опровергнуть, я проведу ряд опытов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анкетирование
Свое исследование я решила начать с анкетирования, так как мне захотелось выяснить, что думают мои одноклассники по этому поводу. Им были заданы вопросы: Может ли вода течь вверх? Возможно ли увидеть в природе, что вода течет вверх? Возможно ли увидеть в условиях, созданных человеком, что вода течет вверх?
Ответы моих одноклассников можно увидеть на диаграммах. Всего на анкеты отвечало 30 ребят.
На диаграмме видно, что мнения моих одноклассников разделились.
На диаграмме видно, что большинство моих одноклассников считают, что в природе нельзя увидеть того, что вода течет вверх.
На диаграмме мы можем видеть следующее: несмотря на сомнения, что вода может течь вверх, некоторые ребята все же предположили то, что в искусственно созданных условиях, вода все же может течь вверх. Это 7 человек.
Изучив все анкеты, мне стало еще более интересно работать над изучением этой темы. Для того чтобы подтвердить или опровергнуть мою гипотезу мною был проведен ряд опытов.
Капиллярность
Опыт №1 «ветка сельдерея»
Ц ель: определить, есть ли у растений капилляры.
Нам потребуется: ветки сельдерея с листьями, стаканы, вода, пищевые красители, нож.
Ход опыта:
Н альем в стаканы воду и подкрасим её.
Опустим в подкрашенную воду веточки сельдерея и поставим в теплое место на 3-4 часа.
Через 3-4 часа надрежем ветку сельдерея поперек и вдоль.
Ч то наблюдаю: на поперечном срезе видно маленькие дырочки; на продольном срезе видны мельчайшие трубочки, окрашенные красителем.
поперечный срез продольный срез
Вывод: у растений есть капилляры.
Опыт № 2 «Такие разные трубочки»
Ц ель: определить, как толщина трубочки-капилляра влияет на высоту столбика воды в ней.
Нам потребуется: 3 трубочки разной толщины, вода, краситель, лист бумаги, линейка, пластилин.
Ход опыта:
Подготовим три трубочки разного диаметра.
Опустим трубочки в емкость с подкрашенной водой.
Чтобы вода не вытекла из трубочек, для оценки результата, закроем верхний край трубочки пластилином.
О ценим результат.
Что наблюдаю: в самой тонкой трубочке водяной столбик выше, чем в трубочке со средней толщиной и толстой.
Вывод: чем тоньше трубочка, тем выше поднимается вода.
О пыт № 3 «Бумажная радуга»
Цель: определить, как движется вода по салфетке.
Нам потребуется: набор цветных фломастеров, ножницы, салфетка, стакан с водой.
Ход опыта:
Вырезаем из салфетки полоску.
Наносим на полоску, отступая 5 см. от края, разноцветные точки фломастерами в один ряд.
Н аливаем в стакан воду.
Опускаем полоску из салфетки в стакан с водой так, чтобы она лишь немного касалась поверхности воды.
Ч то наблюдаю: салфетка имеет пористую структуру и состоит преимущественно из целлюлозы, которая имеет волокнистое строение. Вода по салфетке поднимается вверх, находя себе пути-капилляры, увлекая за собой цвета от фломастера. Движение краски фломастера нам помогает наглядно это увидеть.
Вывод: вода по салфетке течет вверх по капиллярам.
Смачиваемость
Опыт № 3 «Две капли»
Цель: определить, как смачиваются различные поверхности.
Нам потребуется: лист бумаги, стеклянная тарелка, пипетка с подкрашенной водой, растительное масло.
Ход опыта:
Подготовим стеклянную и бумажную поверхности. Часть оставим чистыми, а часть смажем растительным маслом.
К апнем по одной капле воды из пипетки на эти поверхности.
Что наблюдаю: капля воды на чистой поверхности стекла расплылась по стеклу, на чистой поверхности листа капля воды впиталась в лист. На поверхности стекла и листа, смазанных маслом, капля воды приняла форму, близкую к шарику.
Вывод: разные поверхности смачиваются по-разному.
Теперь проверим, как смачиваемость твердых тел влияет на движение воды вверх.
Опыт № 4 «Бумажная радуга 2»
Цель: определить, как движется вода по чистой салфетке и масляной салфетке.
Н ам потребуется: набор цветных фломастеров, ножницы, салфетка, емкость с водой, растительное масло.
Ход опыта:
Вырезаем из салфетки 2 полоски, одну смазываем растительным маслом.
Наносим на обе полоски, отступая 5 см. от края, разноцветные точки фломастерами в один ряд.
О пускаем полоски в ёмкость с водой так, чтобы она лишь немного касалась поверхности воды.
Что наблюдаю: по чистой салфетке, вода способна течь вверх. То есть чистая салфетка хорошо смачивается, что позволяет воде самопроизвольно поднимается по мельчайшим порам – капиллярам вверх. Как мы уже знаем, именно это явление получило название капиллярность. По салфетке, загрязненной растительным маслом, по её порам-капиллярам, вода вверх не поднимается.
Вывод: если вода не смачивает поверхность капилляра, то она не может самопроизвольно течь вверх. Если поверхность смачиваема, то вода по капиллярам самостоятельно поднимается вверх.
Испарение
Опыт № 5 «Растения испаряют воду»
Цель: доказать, что листья растений испаряют воду.
Нам потребуется: комнатное растение, полиэтиленовый пакет.
Ход опыта:
Возьмем комнатное растение, умеренно польем его.
Поместим стебли и листья растения в полиэтиленовый пакет и плотно пакет завяжем, не повредив растение. Горшок и землю в пакет ставить не нужно.
Оставим на ночь.
Оценим результат.
Что наблюдаю: поверхность пакета покрылась капельками воды.
Вывод: растения испаряют воду.
Взаимодействие трех условий
Опыт № 6 «Волшебные растения»
Цель: доказать, что по капиллярам растений вода способна самостоятельно подниматься вверх до самых листьев и цветков.
Нам понадобится: цветы белой хризантемы, веточки сельдерея с листьями, емкость с водой, пищевые красители.
Ход опыта:
Возьму несколько емкостей с водой и покрашу воду в каждой в разный цвет. Я выбрала синий, красный и желтый цвета.
Б еру три цветка хризантемы и две веточки сельдерея ставлю каждый в свою емкость.
Оставляю на 5-6 часов.
Ч то наблюдаю: несколько часов спустя вижу, что цветы и лисья сельдерея начали окрашиваться в тот цвет, в какой была окрашена вода.
Вывод: растения имеют капилляры. По ним вода самопроизвольно течет (поднимается) вверх, окрашивая цветки и листья.
Общий вывод: вода может самопроизвольно течь вверх.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанных опытов, мною были сделаны следующие выводы:
Моя гипотеза подтвердилась: вода может течь вверх.
На движение воды вверх большое влияние оказывают такие условия, как капиллярность, смачиваемость и испарение воды листьями растений.
Вода – это уникальное и загадочное вещество, которое вопреки силе притяжения может течь вверх.
Своими открытиями я поделилась с одноклассниками в школе. Рассказала им все, что узнала в процессе своей работы о необычном явлении, которое мы можем наблюдать в природе. Рассказала о том, что способность воды подниматься вверх по тонким трубкам-капиллярам имеет огромное значение в жизни растений. Так, корень, всасывая воду и растворенные в ней минеральные вещества из почвы, обеспечивает поступление их в стебель растения, а там по специальным каналам – капиллярам вода с минеральными веществами самостоятельно поднимается до макушки самых высоких растений. Тем самым поддерживается жизнь на нашей планете.
Исследовательская работа - это интересный увлекательный процесс! Задачи, поставленные мной в начале исследования, были успешно решены. Для себя я открыла много нового и интересного.
Но все ли свойства воды изучены учеными? Конечно, нет! Вода - загадочное вещество. До сих пор ученые не могут понять и объяснить очень многие её свойства. Но, можно не сомневаться, что все загадки воды будут успешно разрешены наукой. Будет открыто еще немало новых, более удивительных свойств вода – самого необыкновенного вещества в мире!
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ванклив Дж. Большая книга научных развлечений. Пер. с англ. Песковой И М.-Москава:АСТ:Астрель,2009
Леонович Ф. Ф. Физика без формул. -Москва: издательство АСТ.2018
Мейяни А. Большая книга экспериментов. Пер. с ит .Мотылёвой Э.И.-Москва: РОСМЭН 2018
Яковлева М.А.Большая книга научных опытов для детей и взрослых-Москва:Эксмо,2018