Поверхностное натяжение

VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Поверхностное натяжение

Рыкова А.Н. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение, Кратовская общеобразовательная средняя школа № 28
Тимонина М.А. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение, Кратовская общеобразовательная средняя школа № 28
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

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.

. Актуальность исследовательского проекта.

Знания по естественным наукам необходимы людям не только для объяснения явлений природы, но и для использования в практической деятельности. Проявляя интерес к физике, я может не станут физиком - теоретиком, а буду инженером, техником. Успех моей деятельности будет обеспечиваться не только умением мыслить, но и умением делать, и выбранная мною тема не только актуальна для изучения, она дает возможность к такой успешной деятельности. В окружающем нас мире наряду с тяготением и трением действует ещё одна сила, на которую мы мало обращаем внимания. Эта сила сравнительно невелика и никогда не вызывает впечатляющих эффектов. Тем не менее, мы не можем налить воды в стакан, вообще ничего не можем проделать с какой-либо жидкостью, без того, чтобы не привести в действие эту силу - силу поверхностного натяжения. Она играет большую роль в природе и технике, в физиологии нашего организма и жизни насекомых.

. Цель исследовательского проекта

Узнать, что такое поверхностное натяжение воды, демонстрируя его опытами.

. Задачи исследования:

Дать определение поверхностному натяжению.

Изучение применения поверхностного натяжения, его роли в окружающей нас действительности.

Провести опыты, которые показывают существование поверхностного натяжения.

. Методика исследования

сбор информации, анализ, синтез, обобщение; экспериментальный – постановка вопроса; проектирование исследования; сбор данных; анализ результатов; выводы по эксперименту; публикация результатов.

. Гипотеза научного проекта

Предположим, что поверхностное натяжение существует.

. Объекты исследования

Поверхностное натяжение жидкостей.

Теоретическая часть

. Понятие поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение — это явление, при котором вещество (прежде всего, жидкость) стремится приобрести форму с минимально возможной площадью поверхности.

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).

2.2. Роль поверхностного натяжения в жизни

Роль поверхностного натяжения в природе и жизни людей очень разнообразна. Поверхностное натяжение воды определяет форму поверхности жидкости. Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д.

Существуют целые виды мелких насекомых и паукообразных, передвигающихся за счет поверхностного натяжения:

1. Муравей, пытающийся напиться из капли росы. Капля «сминается», но сила поверхностного натяжения не дает насекомому проникнуть в нее языком. Это вода, которая не течет, вода, которую трудно пить.

2. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лап. Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налетом. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но за счет силы поверхностного натяжения водомерка остается на поверхности.

-Без этих сил мы не могли бы писать чернилами. Обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар;

-Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы;

-Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы гибельным для растений;

-Пострадали бы важные функции нашего организма.

Силы поверхностного натяжения используются в промышленности — в частности, при отливке сферических форм, например ружейной дроби. Каплям расплавленного металла просто дают застывать на лету при падении с достаточной для этого высоты, и они сами застывают в форме шариков, прежде чем упадут в приемный контейнер.

2.3. Мыльные пузыри как объект для изучения поверхностного натяжения

Мыльный пузырь – это тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, в виде сферы с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри являются хорошим объектом для изучения поверхностного натяжения. Сферическая форма пузыря также получается за счет поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу потому, что она имеет наименьшую площадь при данном объеме. Все системы стремятся к экономии энергии, точно также сила поверхностного натяжения стремится сократить до минимума площадь поверхности жидкости. Мыльные пузыри продаются в магазинах. Мыльные пузыри также можно сделать и в домашних условиях. Для достижения хорошего результата необходимы вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды и увеличивающие ее плотность.

3. Исследовательская часть

3.1 Опыты по определению оптимального состава раствора для создания мыльных пузырей

Я провела 4 опыта по определению оптимального состава раствора для создания мыльных пузырей, основными компонентами которых были: для первого опыта – стиральный порошок, для второго – мыло, для третьего – средство для мытья посуды, для четвертого – средство для мытья посуды и глицерин.

3.1.1 Опыт № 1 Раствор со стиральным порошком.

Состав раствора:

1.100 мл воды

2.10 г стирального порошка

Я смешала все компоненты раствора и с помощью трубочки стала выдувать мыльные пузыри, но ни одного мыльного пузыря не выдулось.

3.1.2 Опыт № 2 Раствор с мылом

Состав раствора:

1.100 мл воды

2.10 г мыльной стружки

Я смешала все компоненты раствора и с помощью трубочки стала выдувать мыльные пузыри. Мыльные пузыри получились маленькими, плохо выдувались и быстро лопались.

3.1.3 Опыт № 3 Средство для мытья посуды

Состав раствора:

1.100 мл воды

2.30 г средства для мытья посуды

Я смешала все компоненты раствора и стала выдувать мыльные пузыри с помощью трубочки. Мыльные пузыри получились крупными и они хорошо выдувались. Значит, средство для мытья посуды лучше других моющих средств уменьшает поверхностное натяжение.

3.1.4 Опыт N 4. Средство для мытья посуды с глицерином

Раствор со средством для мытья посуды и с глицерином

Так как средство для мытья посуды лучше других моющих средств уменьшает поверхностное натяжение, я решила добавить к раствору (100 мл воды, 30 г средства для мытья посуды) вещество, уплотняющее воду - глицерин (10 г).

Мыльные пузыри с таким раствором получились крупными и хорошо выдувались, но стали более устойчивыми.

3.2 Опыты для изучения свойств поверхностного натяжения

3.2.1 Опыт № 1 «Проволочная рамка»

Я взяла проволочный четырехугольный каркас и соединила противоположные его вершины тонкой ненатянутой нитью.

пустив каркас в воду, я заметила, что он затянулся мыльной пленкой. Проколов пленку в одном сегменте, на которые нить поделила каркас, я увидела, что нить изогнулась дугой. Опыт свидетельствует о том, что площадь поверхности мыльной пленки сократилась, что требуется для экономии энергии. Площадь поверхности жидкости сокращается, что можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Эти силы называют силами поверхностного натяжения.

3.2.2 Опыт № 2 «Прокалывание пузыря»

В этом опыте я задействовала две палочки, которыми прокалывала мыльный пузырь. В первом случае я использовала палочку, смоченную тем же раствором, мыльный пузырь не лопнул. А во втором случае я прокалывала пузырь сухой палочкой, мыльный пузырь лопнул. То, что пузырь лопнул, объясняется тем, что прикоснувшись к тонкой мыльной пленке я разрушила в точке соприкосновения взаимное притяжение молекул, и как следствие – пленка лопнула. В первом же случае происходило взаимное притяжение молекул пленки пузыря и молекул пленки, образовавшейся на палочке. Поэтому, цельность пленки не нарушилась, поверхностное натяжение сохранилось, и мыльный пузырь не лопнул.

4.Выводы

Вывод № 1: Поверхностное натяжение существует.

Вывод № 2:

Таблица 1

Раствор со стиральным порошком

Мыльные пузыри не выдуваются

Раствор с мылом

Мыльные пузыри маленькие, плохо выдуваются и быстро лопаются

Раствор со средством для мытья посуды

Мыльные пузыри крупные, хорошо выдуваются

Раствор со средством для мытья посуды и с глицерином

Мыльные пузыри крупные, хорошо выдуваются и более устойчивые

По выводам в таблице можно увидеть, что самый оптимальный раствор – тот, в составе которого присутствует средство для мытья посуды и глицерин. Значит, средство для мытья посуды в большей степени по сравнению с другими моющими средствами уменьшает поверхностное натяжение, а глицерин действительно уплотняет воду.

Вывод № 3:

Мы наглядно смогли убедиться в существовании такого свойства поверхностного натяжения, как стремление уменьшить свою площадь.

Вывод № 4:

Мы увидели, что поверхностное натяжение обусловлено взаимным притяжением молекул. В этом нам помог убедиться последний опыт с прокалыванием мыльного пузыря.

Заключение

Вначале работы были определены цели и задачи исследования.

В процессе исследования я:

Изучила информацию по теме;

Провела опыты по определению оптимального состава раствора для создания мыльных пузырей;

Провела опыты по изучению свойств поверхностного натяжения;

Сравнила и описала результаты опытов.

Таким образом, цель исследования достигнута –я изучила свойства поверхностного натяжения с помощью поставленных задач. Теперь я знаю, благодаря каким физическим силам получаются мыльные пузыри.

Библиографический список

1.Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. -М.: Добросвет,2002. –236 с.

2.Калашников В., Лаврова С. Чудеса природы. -Белый город, 2008. –360 с. 3.https://ru.wikipedia.org/wiki/Поверхностное_натяжение-Википедия, 05.03.20174.http://all-about-water.ru/surface-tension.php-Всё о воде, 05.03.2017

Просмотров работы: 49