МОУ «СОШ села Константиновка

Руководитель проекта – учитель физики –
Зеленская Елена Владимировна
«Чудеса»
капиллярных явлений.
Автор работы:
Плешивская Дарья, 10 класс.
МОУ «СОШ села Константиновка»
МОУ «СОШ села Константиновка»
«Капилля» - волос (в переводе с
латинского) – узкие цилиндрические
трубки с диаметром около
миллиметра и менее называются
капиллярами.
МОУ «СОШ села Константиновка»
Роль капиллярных явлений в жизни.
В жизни мы часто имеем
дело с телами, пронизанными
множеством мелких каналов
(бумага, пряжа, кожа, различные
строительные материалы, почва,
дерево). Приходя в
соприкосновение с водой или
другими жидкостями, такие тела
очень часто впитывают их в
себя. На этом основано действие
полотенца при вытирании рук,
действие фитиля в керосиновой
лампе и т.д.
Очень часто жидкость,
впитываясь в пористое тело,
поднимается вверх.
МОУ «СОШ села Константиновка»
ФИЗИКА ЖИЗНИ
При рассмотрении капиллярных явлений
следует подчеркнуть их роль в биологии, так как
большинство растительных и животных тканей
пронизано громадным числом капиллярных
сосудов. Приведем некоторые данные для
организма человека.
Площадь поперечного сечения аорты 8 см², а
общая площадь сечения всех капилляров
примерно 3200 см², т.е. площадь капилляров
больше площади аорты в 400 раз.
Соответственно падает скорость кровотока – от 20
см/с в начале аорты до 0,05 см/с в капилляре.
Диаметр каждого капилляра в 50 раз меньше
диаметра человеческого волоса, а длина его
менее 0,5 мм. В теле взрослого человека
имеется до 160 млрд. капилляров. Общая длина
капилляров достигает 60-80тыс. км.
МОУ «СОШ села Константиновка»
Попробуем выяснить что заставляет жидкость
подниматься или опускаться по узкой трубке?
Вопросы исследования:

Какая сила поднимает жидкость по капиллярам?

Как зависит высота поднятия жидкости от толщины
воздушного клина между стеклянными пластинками ?

Зависит ли высота поднятия воды в капиллярах от его
радиуса ?
МОУ «СОШ села Константиновка»
План проведения исследования:

Обосновать с точки зрения физики причину движения
жидкости по капиллярам.
Провести эксперимент по вопросам:

Какая сила поднимает воду между пластинками и по капиллярам?

Как зависит высота поднятия жидкости от толщины воздушного клина
между стеклянными пластинками ?

Зависит ли высота поднятия воды в капиллярах от его радиуса ?



Обосновать результаты эксперимента с точки зрения
законов физики.
Сделать выводы.
Капиллярность –
явление подъема
или опускания
жидкости в капиллярах.
В случае смачивающей жидкости (А) силы притяжения
Fж-т между молекулами жидкости и твердого
тела(стенки капилляра) превосходят силы
взаимодействия Fж между молекулами жидкости,
поэтому жидкость втягивается внутрь капилляра, и
подъем жидкости в капилляре происходит до тех
пор, пока результирующая сила Fв , действующая на
жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести
mg столба жидкости высотой h: Fв = mg.
Жидкость не смачивающая стенки капилляров(Б),
опускается в нем на расстояние h. По третьему
закону Ньютона сила Fв , действующая на жидкость,
равна силе поверхностного натяжения Fпов ,
действующей на стенку по линии соприкосновения
её с жидкостью: Fв = Fпов .
А
Б
От чего зависит высота
подъема жидкости в
капилляре?
т.о.при равновесии жидкости в капилляре Fпов = mg. Сила
поверхностного натяжения при хорошем смачиванииFпов
= σ×2 π r . Масса столба жидкости объемом V= π r² h:
m=ρV=ρπr²h.
Исходя из условия равновесия жидкости в капилляре:
σ×2 π r =ρπr²hg, следовательно:
h
2
gr
Итак: высота подъема жидкости в капилляре зависит от
свойств жидкости(её поверхностного натяжения σ и
плотности ρ), а также от радиуса капилляра –
чем меньше радиус капилляра, тем
больше высота подъема жидкости в
капилляре.
МОУ «СОШ села Константиновка»
ЭКСПЕРИМЕНТ №1.
Ход исследования:
Проследим, как поднимается
вода по капиллярам в
промокательной бумаге,
ткани и бумажной салфетке.
Для этого:
 Возьмем полоску хлопчато –
бумажной ткани и полоску
салфетки.
 Одновременно опустим обе
полоски в подкрашенную
воду.
 Наблюдаем промокание
исследуемых материалов и
поднятие влажной границы
вверх.
 Определим высоту подъема
воды в образцах и
рассчитаем радиус
капилляров :
h
2
r
МОУ «СОШ села Константиновка»
Следовательно:
r = 2σ/ρhπ
Образец №1- промокательная бумага.
h = 30 мм
1
r = 2σ/ρhπ = 2×0,0728/(1000 ×0,03 ×3,14) ≈
≈ 0,00155 м ≈ 1,55 мм.
Образец №2- хлопчатобумажное полотенце.
h = 42 мм
r = 2σ/ρhπ = 2×0,0728/(1000 ×0,042 ×3,14) ≈
≈ 0,00110 м ≈ 1,1 мм.
Образец №3- бумажная салфетка.
2 3
h = 12 мм
r = 2σ/ρhπ = 2×0,0728/(1000 ×0,012 ×3,14) ≈
≈ 0,00386 м ≈ 3,86 мм.
ВЫВОД:
ЧЕМ > h, ТЕМ < r .
Вода поднимается вверх по этим материалам, т.к. они пронизаны тонкими каналами
неправильной формы (т.е. капиллярами). Если материал смачивается водой, то она
втягивается в канал на тем большую высоту, чем уже канал. Следовательно, ткань имеет более
узкие капилляры, чем промокательная бумага и бумажная салфетка.
МОУ «СОШ села Константиновка»
ЭКСПЕРИМЕНТ №2.
Проследим, как поднимается вода в
стеклянных трубках.
Для этого:



Возьмем две трубки разного
диаметра(D1 < D2, h1 > h2)
Опустим в подкрашенную воду.
Пронаблюдаем за подъемом
воды.
D1
D2
h1
h2
ВЫВОД: наблюдаем подтверждение результатов предыдущего
эксперимента .
МОУ «СОШ села Константиновка»
ЭКСПЕРИМЕНТ №3.



Проследим, как поднимается вода
между двумя стеклянными
пластинами, скрепленными по
краям пластилином.
Для этого:
Две стеклянные пластины,
склеим между собой кусочками
пластилина так, что между ними
образуется воздушный клин.
Опустим пластины в воду на
глубину 0,5 - 1см.
Пронаблюдаем за подъемом воды.
Вывод:
Чем меньше воздушный клин между
стеклянными пластинами, тем выше
поднимается столбик воды.
МОУ «СОШ села Константиновка»
Проследим, как поднимается вода
между двумя стеклянными
пластинами, соединенными
клином.
Для этого:
ЭКСПЕРИМЕНТ №4.



Возьмем две стеклянные
пластинки соединенные клином
так, чтобы с одной стороны края
были плотно прижаты, а с другой
разделены кусочком пластилина.
Опустим пластины в воду.
Пронаблюдаем за подъемом
воды.
Вывод:
Чем меньше воздушный зазор между
стеклянными пластинами, тем выше
поднимается столбик воды.
МОУ «СОШ села Константиновка»
Выводы:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Изучено явление капиллярности.
Результат капиллярных явлений зависит от силы
взаимодействия молекул внутри жидкости, и от силы
взаимодействия молекул твердого тела с молекулами
жидкости.
Чем меньше радиус капилляра, тем выше поднимается
вода по капилляру.
Уровень движения жидкости по капиллярам зависит
также от плотности жидкости и поверхностного
натяжения.
Наименьший воздушный зазор между стеклянными
пластинами дает яркую картину капиллярных явлений.
По ткани и бумаге вода поднимается потому, что эти
материалы пронизаны капиллярами.
Созданные материалы:
Публикация – «АЛЬВЕОЛЫ»
 Задачи по теме
 Требования к презентации
 Требования к публикации

МОУ «СОШ села Константиновка»
Список ресурсов:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Касьянов В.А. Физика 10 кл.: Учебник для общеобразов. Учреждений.
– 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2004. – 416с.: ил.
Элементарный учебник физики под ред. Акад. Г.С. Ландсберга,
том1. Механика. Теплота. Молекулярная физика.:М., 1975г.,656с.ил.
Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга1. 20-е
изд., стереотип.-М.:Наука,1979.-224с.
Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики:Кн.для учителя: Из опыта
работы.-2-е изд.,перераб.-М.:Просвещение,1988.-159 с..:ил.
CD-диск, ООО «Физикон»,2002.под ред. Профессора МФТИ
С.М.Козела, Часть1.
CD-диск, ООО «Физикон»,2003.Министерство образования РФ,ГУ РЦ
ЭМТО.