Экспериментальные исследования капиллярных явлений

Фамилия, имя автора статьи: Мелихова Виктория Вячеславовна
Класс (курс): 9 класс
Название ОУ: Муниципальное образовательное учреждение средняя
общеобразовательная школа №6 г.Волгограда
Фамилия, имя, отчество руководителя: Коннова Ольга Васильевна
Тема работы: «Экспериментальные исследования капиллярных явлений»
e-mail: olgaconnova@yandex.ru
Экспериментальные исследования капиллярных явлений
Тема «Капиллярные явления» очень большая и значительная, интерес к ней
всегда огромен, но в курсе школьной физики излагается незаслуженно сжато.
Явление капиллярности в быту играет огромную роль в самых
разнообразных процессах, происходящих в природе. Например, проникновение
влаги из почвы в растения, в стебли и листья обусловлено капиллярностью.
Клетки растения образуют капиллярные каналы, и чем меньше радиус
капилляра, тем выше по нему поднимается жидкость. Процесс кровообращения
тоже связан с капиллярностью. Кровеносные сосуды являются капиллярами.
Особенно большое значение имеет капиллярность почвы. По мельчайшим
сосудам влага из глубины перемешивается к поверхности почвы. Если хотят
уменьшить испарение влаги, то почву рыхлят, разрушая капилляры. С целью
увеличения притока влаги из глубины почву укатывают, увеличивая количество
капиллярных каналов. В технике капиллярные явления имеют большое значение в
процессах сушки, в строительстве.
А кто из нас не пользовался бумажными салфетками, бумажными
полотенцами, бумажными носовыми платками, туалетной бумагой. Почему они
впитывают влагу? Почему разные тканевые салфетки и полотенца это делают поразному? От чего это зависит?
С 1 сентября 2013 года вступил в силу новый закон «Об образовании в
Российской Федерации». Среди его нововведений – право образовательной
организации устанавливать требования к одежде обучающихся. Таким образом,
на законодательном уровне ввелась и в нашем образовательном учреждении
школьная форма. Появление ее объясняется
необходимостью стирания
имущественного, социального и религиозного различия между учащимися,
укрепления имиджа образовательных учреждений, обеспечения школьников
эстетичной и удобной одеждой. Это в том случае, если она сшита из ткани, хотя
бы наполовину состоящей из шерсти, хлопка или вискозы, т. е. из натуральных
материалов.
Большой процент синтетических волокон в тканях одежды очень вреден для
здоровья детей. Синтетика нарушает воздухопроницаемость ткани, в результате
тело "не дышит", нет теплового комфорта – ребенок потеет. Увеличение
потливости приводит к переохлаждению, отчего велик риск простудных
заболеваний. Многие ученики и их родители столкнулись с изложенной
1
проблемой, поэтому возникла идея проверить школьную форму нашего ОУ на
гидрофильность.
Объектом исследований являются:
бумажные полотенца, туалетная
бумага, бумажные носовые платочки разных производителей, тканевые
полотенца, а также ткань школьной формы нашего ОУ.
Предмет исследования - капиллярные свойства перечисленных материалов.
В процессе изучения литературы по данному вопросу была выдвинута гипотеза:
не все тканевые и бумажные образцы впитывают влагу одинаково.
Цель работы: выяснить качество впитывания влаги бумажных образцов
разных изготовителей и тканевых изделий различными способами.
Методы исследования: теоретические методы: методы систематизации
теоретического материала, исследовательские методы, обобщение накопленного
материала, изучение и анализ научной и публицистической литературы по
проблеме исследования, моделирование, интерпретация полученных результатов
исследования; обсервационные методы: наблюдение, фиксирование результатов
исследования и развития, физический эксперимент; статистические методы:
математические методы обработки результатов исследования, табличная и
графическая интерпретация данных.
Практическая часть
1.Определение способности туалетной бумаги, бумажных носовых платков,
бумажных полотенец разных производителей впитывать влагу.
Название образца
Радиус
капилляра (см)
Качество впитывания
влаги образцом
4 см
0,04 см
отлично
удовлетворительно
Бумажные
платочки №1
Бумажные
платочки №2
Бумажные платочки №3
3 см
0,05 см
3,5 см
0, 042 см
хорошо
Туалетная бумага №1
4,7 см
0,031 см
отлично
Туалетная бумага №2
4,5 см
0,033 см
хорошо
Туалетная бумага №3
2,5 см
0, 06 см
удовлетворительно
1,7 см
0, 09 см
плохо
Бумажные полотенца №1
4 см
0,04 см
хорошо
Бумажные полотенца №2
1 см
0, 146 см
плохо
4,5 см
0,033 см
отлично
Туалетная бумага №4
Бумажные полотенца №3
2
Высота
поднятия
жидкости (см)
Вывод: лучшим качеством впитывания обладают те образцы, у которых радиус
капилляра меньше и как следствие - выше столбик поднятия жидкости.
Вычисления значений h [1]для каждого случая:
Название образца
, где σ= 73*10-3Н/м
Высота поднятия жидкости (расчет)
Бумажные платочки 1
Бумажные платочки 2
Бумажные платочки 3
Туалетная бумага 1
Туалетная бумага 2
Туалетная бумага 3
Туалетная бумага 4
Бумажные полотенца 1
Бумажные полотенца 2
Бумажные полотенца 3
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
4*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000365 м=0,0365см
4 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
3*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000487 м=0,0487см
3 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
3,5*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000417 м=0,0417 см
3,5 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
4,7*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000310 м=0,0310 см
4,7 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
4,5*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000326 м=0,0326 см
4,5 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
2,5*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000584 м=0,0584 см
2,5 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
1,7*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000858 м=0,0858 см
1,7 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
4*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000365 м=0,0365см
4 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
1*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 00146 м=0,146 см
1 кг/м2*102м/с2
h=2*73*10-3Н/м=146*10-3 Н/м =
4,5*10-2м*103 кг/м3*10м/с2
=0, 000326 м=0,0326см
4,5кг/м2*10м/с2
2.Сравнение способности впитывать влагу махровыми полотенцами с разной
длиной ворса
А). Определение качества впитываемости (гидрофильности) тканевых
полотенец путем взвешивания
Образец
махрового
полотенца
3
Длина ворса
махрового
полотенца
0,2 см
Масса сухого
образца
460 г
Масса образца
после погружения
в воду
493 г
Качество впитывания
влаги образцом
удовлетворительно
0,4 см
480 г
533 г
хорошо
0,6 см
500 г
590 г
отлично
Вывод: махровые полотенца с разной длиной ворса впитывает влагу по-разному:
чем длиннее ворс махрового полотенца образцов, тем лучше у полотенца качество
впитывания влаги (гидрофильности).
Б). Определение качества впитываемости
махровых полотенец путем
сравнения зависимости скорости впитывания воды от плотности образцов:
Образец
полотенца
S образца
(м2)
h ворса
(см)
Плотность
ткани
(кг/м3)
Скорость
впитывания
(см/с)
Качество впитывания
влаги образцом
0,98м2
0,2 см
234,7 кг/м3
1,5 см/с
удовлетворительно
0,98м2
0,4 см
122 кг/м3
1,8 см/с
хорошо
70*140 см
отлично
0,98м2
0,6 см
85 кг/м3
3 см/с
Вывод: качество впитываемости (гидрофильности) махровых полотенец зависит
от плотности образцов: чем меньше плотность махровой ткани, тем быстрее
впитывается жидкость этим полотенцем.
3.Сравнение качества гидрофильности различных полотенец:
Образец
полотенца
Масса сухого
образца
Масса образца
после погружения
в воду
Масса
воды, которую
впитал образец
Качество
впитывания влаги
образцом
махровое
83,4 г
191 г
107,6 г
отлично
льняное
57 г
159 г
102 г
хорошо
вафельное
43 г
67 г
24 г
плохо
Вывод: из вышеизложенного можно сделать вывод, что лучше всего впитывают
махровые полотенца, неплохой гидрофильностью обладают льняные полотенца, а
вафельные полотенца обладают плохой способностью впитывать жидкость.
4.Тестирование материала, из которого сшита школьная форма в нашей
школе на качество впитывания влаги
Образец
4
Масса сухого
образца
Масса образца
после
погружения в
воду
Масса
воды, которую впитал
образец
Качество
впитывания
влаги образцом
71г
плохо
43г
162г
очень плохо
отлично
Вывод: исходя из эксперимента, можно сделать вывод, что отличной
гидрофильностью обладает материал, из которого сшита форма для детей,
обучающихся в кадетских классах, в классах младшей и старшей ступени ребята
при носке формы могут испытывать дискомфорт, т.к. материал плохо (серая
форма) и практически (черная в полоску) не впитывают.
Заключение:
Исследовалось практическое применение формулы высоты поднятия жидкости в
капилляре[2];
Практическое подтверждение зависимости высоты поднятия жидкости в
капилляре от рода жидкости и радиуса капилляра;
Определение радиуса капилляра по высоте поднятия жидкости в образце;
Экспериментальное определение качества впитывания влаги различных образцов;
Получен вывод эксперимента: наилучшее качество впитывания имеет та
продукция, у которой меньше радиус капилляра;
Протестирован материал, из которого сшита школьная форма в нашей школе на
качество впитывания влаги;
Исследования используются на уроках физики при изучении темы «Капиллярные
явления», коллекция опытов[3] апробирована на занятиях кружка в 4 классе «Мир
природных явлений» учителя физики Конновой О.В..
Список источников информации и иллюстраций:
Литература:
1. Кикоин А.К., Кикоин И.К. , Шамаш С.Я., Эвенчик Э.Е. . Физика: учебник для
10 класса шк. (классов) с углубл. Изуч. Физики/ Ф50 - М.: Просвещение, 1992. –
256 с., ил. – ISBN 5-09-004147-4/
2. Гл. ред. Прохоров А.М.. Ред. Кол. Алексеев. Д.М., Бонч-Бруевич А.М.,
Боровик-Романов А.С. и др. Физический энциклопедический словарь. М., / – М.:
Советская энциклопедия, 1984. – 944 с., ил., 2 л. Цв.ил.
3. Шахмаев. Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ш. Физика: учеб для 10 кл. сред.
Шк. /-3 изд. – М.: Просвещение, 1994. – 240 с.:ил. -ISBN 5-09-004971-8.
Сайты в Интернете:
http://yandex.ru/video/search
http://www.rus-edu.bg/oldsite/schooldoc/fizru/fakult/f08-c.htm
Иллюстрации:
Фото из личного архива Мелиховой Виктории .
5
6