Капризные капли

Конференция начинающих исследователей
ООЗШЮИ «Стимул»
Капризные капли
Автор: Попов Григорий,
ученик 3 Б класса МОАУ
«Гимназия имени
Александра Грина»
г. Кирова
Научные руководители:
Попов С. А.,
Новикова Т.А. – учитель
МОАУ «Гимназия имени
Александра Грина»
г. Кирова
г. Киров, 2013 г.
Содержание
Введение…………………………………………………………………….…3
1. Что такое капля и как она образуется…………………………………….4
2. Опыты по определению объёма капли……….. ………………..……..…5
3. Опыты по определению влияния температуры на объём капли..……....6
4. Поверхностное натяжение ………………………….……..………….…..7
5. Опыты с поверхностным натяжением …………………………………...9
Выводы…..…………………………………………………………………….12
Список литературы…………………………………………………………...13
2
Введение
Каждый представляет, что такое капля жидкости. Мы встречаемся с ними каждый день: водопроводный кран, дождь, роса и т.д. Вопрос о каплях заинтересовал меня прошедшим летом, когда было много дождей. Дожди были
разные: и сильные и не очень. В сильный дождь капли падают очень крупные,
а в слабый дождь они бывают очень маленькие, практически незаметные. Я
решил выяснить – от чего зависит размер капли, одинаковые ли капли бывают
у разных жидкостей.
Цель:
 узнать, как образуются капли;
 вычислить объём капли у различных жидкостей.
Я поставил перед собой задачи:
 Провести измерения объёма капель разных жидкостей;
 Выяснить факторы, влияющие на размер капли.
Я выдвинул гипотезу:
 У разных жидкостей капли могут быть разного объёма, а размер
капли зависит от плотности жидкости.
В своих исследованиях я использовал методы:
 использование своих знаний и опыта;
 изучение литературы;
 проведение опытов и измерений;
 анализ результатов проведенных измерений;
 сравнение различных вариантов проведенных опытов.
3
1.
Что такое капля и как она образуется
Капля – это малое количество жидкости, принимающее округленную форму.
Существует несколько способов образования капли:
 при медленном стекании жидкости с края поверхности или из малых отверстий;
 при конденсации (водяного) пара;
 на твёрдой несмачиваемой поверхности: например, роса - при конденсации на поверхностях;
 на центрах конденсации: например, туманы и облака - при конденсации на
пылинках воздуха (дождь);
 при распылении жидкости.
На рисунке показаны этапы образования капли:
4
2.
Опыты по определению объема капли
Для определения объёма капли я выбрал 3 жидкости: вода, молоко и
спирт. Для точности измерений с каждой из жидкостей повторим измерение
3 раза, а за результат примем среднее значение из трех.
Определение объёма капли я проводил следующим образом: с помощью
специального сосуда капал 100 капель жидкости в измерительную ёмкость.
Получившийся объём жидкости делил на сто и получал объём одной капли.
Результаты измерений приведены в таблице 1:
Жидкость
Вода
Молоко
Спирт
Результаты измерений
1-й 8,5 мл/100=0,085 мл
2-й 8,8 мл/100=0,088 мл
3-й 8,6 мл/100=0,086 мл
1-й 6,3 мл/100=0,063
2-й 6,2 мл/100=0,062
3-й 6,3 мл/100=0,063
1-й 3,4 мл/100=0,034 мл
2-й 3,5 мл/100=0,033 мл
3-й 3,4 мл/100=0,033 мл
Средний объём, мл
0,086
0,063
0,033
Таблица 1
5
3. Опыты по определению влияния
температуры на объём капли
Первые измерения проводились при комнатной температуре + 24 °С.
Для определения влияния температуры на размер капли я провел точно
такие же измерения объёма капли, но при различных температурах жидкости.
Сначала охладил все жидкости на лоджии, а затем нагрел в горячей воде. Результаты измерений приведены в таблице 2.
Жидкость
Вода
Температура, °С
Результаты измерений
+4
9 мл/100=0,09 мл
+51
8,5 мл/100=0,085 мл
Молоко
2,7 %
+10
6,9 мл/100=0,069 мл
+51
5,3 мл/100=0,053 мл
Спирт
+10
3,4 мл/100=0,034 мл
+51
3,2 мл/100=0,032 мл
Таблица 2
Как видим, объём капли увеличивается для холодной жидкости, и
уменьшается для нагретой жидкости.
В процессе выполнения опытов я обнаружил, что размер капли зависит
также:

от размера отверстия, из которого капает жидкость

от скорости, с которой образуются капли
Для того, чтобы результаты были правильными мы капали из одного и
того же прибора, а скорость образования капель выбирали одинаковую примерно 1 капля в секунду.
6
4.
Поверхностное натяжение
Из литературы я выяснил, что размер капли связан с поверхностным
натяжением. Попробую разобраться, что такое поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение - это сила, с которой притягиваются молекулы вещества вглубь материала. Поверхностное натяжение возникает на границе между разными веществами, например вода и воздух, вода и стеклянные
стенки стакана.
Под поверхностью воды каждая молекула притягивается со всех сторон
своими соседками. Молекулы стиснуты со всех сторон так плотно, что теснее
прижаться друг к другу уже не могут. Однако на поверхности молекулы воды
притягиваются только к боковым и нижним молекулам.
Рис.1
Когда над полным стаканом воды образуется «горка» это значит, что воду удерживает поверхностное натяжение.
Чем больше поверхностное натяжение жидкости – тем большие капли
получаются из этой жидкости. Для проверки полученных ранее результатов
опытов сравним их со справочными данными:
Коэффициент поверхностного натяжения жидкостей, мН/м (при 20°C)
Вода
Бензин
Керосин
Мыльный раствор
Молоко
Нефть
Ртуть
Спирт
Эфир этиловый
73
21
24
40
46
30
472
22
17*
Таблица 3
Данные, полученные мной при измерениях, совпадают со справочными
данными: объём капли зависит от коэффициента поверхностного натяжения.
7
В начале работы я предположил, что на размер капли влияет плотность
вещества. Чем большей плотностью (больший вес одного и того же объёма
жидкости) обладает жидкость, тем сильнее проявляется эффект поверхностного натяжения. Для проверки моей гипотезы о влиянии плотности жидкости на
размер капель определим плотность использованных в опытах жидкостей.
Взвесим одинаковые объёмы наших жидкостей:
Жидкость
Вода
Молоко
Спирт
Взвешиваемый объем, мл
10
10
10
Вес, граммы
10
6
9
Объем капли, мл
0,086
0,063
0,033
Таблица 4
Моя гипотеза не подтвердилась: плотность вещества напрямую не влияет на размер капли.
8
5.
Опыты с поверхностным натяжением
Я провел два опыта, подтверждающих наличие поверхностного натяжения у воды.
 Теннисный мячик на поверхности воды в чашке
В неполной ёмкости эффект поверхностного натяжения проявляется не
так ярко, как в ёмкости наполненной с горкой. В неполной ёмкости теннисный
мячик не держится на середине ёмкости, и легко подплывает к её краю.
А если ёмкость наполнить «с горкой», то эффект поверхностного натяжения
проявляется в полной мере. В центре поверхности силы поверхностного натяжения сильнее, чем по её краям, поэтому шарик держится в середине и не
подплывает к краям, даже если его туда подтолкнуть.
9
 Плавающая скрепка
Наполним миску водой. Вырежем из салфетки квадрат со сторонами 5 см. Поместим скрепку в центре бумажного квадратика. Поддерживая бумажный
квадрат за концы, поместим его на поверхность воды в миске. Бумага со
скрепкой плавает на воде.
С помощью зубочисток аккуратно утопим бумагу так, чтобы скрепка осталась
на поверхности воды. В результате скрепка осталась на поверхности воды, не
погружаясь в нее. Уровень воды вокруг скрепки немного понизился.
10
Из-за поверхностного натяжения поверхность жидкости ведет себя как упругое покрытие. В результате этого возникает суммарная сила, направленная
вниз, что вызывает лёгкое продавливание верхнего слоя воды.
Поверхностное натяжение оказывается вполне достаточным для удерживания
легких тел, таких, как скрепка в данном опыте. Говорят, что тело плавает
(слегка погружено либо лежит на поверхности жидкости), если его плотность
равна или меньше плотности жидкости. Однако плотность скрепки выше
плотности воды; следовательно, она плавает только благодаря пленке поверхностного натяжения.
11
Выводы
В ходе работы я выяснил несколько причин, влияющих на размеры капель, но моя первоначальная гипотеза подтвердилась лишь частично: у разных
веществ капли бывают разного размера, однако от плотности вещества размер
капли напрямую не зависит. Выяснить, почему так происходит, планирую на
уроках физики. По результатам проведённых опытов убедился в наличии поверхностного натяжения на примере его влияния на предметы на поверхности
воды.
12
Список литературы:
1.
2.
3.
4.
5.
Перельман Я. И. Занимательная физика. Книга первая. – 19-е изд. – М.:
Наука. Главная редакция физико – математической литературы, 1976. –
224 с. с илл.
Рабиза Ф.В. Опыты без приборов. Детская литература 1998 г. - 111 с.
Тит Т. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения. Издательский дом Мещерякова, 2008 г. – 224 с.
Энциклопедия для детей. Универсальный энциклопедический словарь.
Мир энциклопедий. Аванта +, Астрель, 2008. – 688 с.
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика. ТКО «АСТ» 1994 г.–480 с.
Использованные иллюстрации:
- фото из семейного архива Поповых
Список интернет-ресурсов (использованные иллюстрации):
1. www.dic.academic.ru
2. www.sitewater.ru
13