reforef.ru
добавить свой файл
1



Увлекательный мир физики
ОПЫТЫ. ФОКУСЫ. САМОДЕЛКИ

ВОДА

ЗАМОРОЖЕННОЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Вода - это замечательное вещество, потому что она может существовать в трех различных формах: жидкой, газообразной (водяной пар) и твердой (лед). Сначала мы расскажем о воде в твердом состоянии и о том, как использовать ее специальные свойства в некоторых простых фокусах и опытах. Вода в твердом состоянии образуется двумя путями.

Первый - когда она охлаждается до 0 °С, ее точки замерзания. Так делают кубики льда в морозильнике.
Второй - когда замерзает водяной пар. Именно так образуется иней в холодильнике.

Какой бывает лед

В течение зимы понаблюдай, какие формы и узоры создает замерзшая вода. Снежинки образуются, когда замерзает водяной пар. Сосульки растут, когда вода капает в очень холодном воздухе. Ледяные кристаллы образуют узоры на холодном оконном стекле, когда водяной пар замерзает медленно. Корка льда образуется на поверхности воды в лужах, ведрах, кадках, прудах. Поймай снежинки на кусок черной ткани или картона (предварительно охлади его в холодильнике, чтобы снежинки сразу не растаяли). С помощью увеличительного стекла рассмотри их. Все они разной формы, но все - шестиконечные!

Плавающий ледрис. 1

Когда вода превращается в лед, она занимает больше пространства, чем когда она была в жидком состоянии. Это делает лед легче воды, из которой он получился, поэтому лед плавает, хотя и сильно погружается. Поскольку вода, замерзнув, занимает только на одну девятую больше пространства, то всего лишь одна девятая часть айсберга видна над водой. А то, что под водой, в девять раз больше!

Лед требует пространства

Помести кусочек льда в бокал и налей туда до краев воды. рис. 2


Как ты думаешь, что произойдет, когда лед растает?
Переполнится ли стакан?

Когда кубик льда растает, уровень воды останется практически прежним. Это происходит потому, что вода, образовавшаяся изо льда, занимает меньше пространства, чем лед.

Оборудование: маленькая аптечная бутылочка из стекла или толстого пластика.

1. Заполни бутылку до краев водой и сделай неплотную крышку из фольги. Поставь бутылку в холодильник и подожди, пока вода хорошенько замерзнет.
2. Посмотри, лед приподнял крышку.

Что происходит

Лед занимает больший объем, чем вода, из которой он получается. Именно по этой причине зимой могут лопаться водопроводные трубы. Вода внутри них расширяется при замерзании и разрывает места соединения или сами трубы.

Дома изо льда

Эскимосы в Канаде строили дома изо льда, чтобы жить в них во время дальних охотничьих путешествий. Эти дома, называемые иглу, строились из плотных снежных блоков, уложенных друг на друга и образующих куполообразную хижину. Щели между блоками заполнялись снегом, а наверху оставлялось отверстие, чтобы обеспечить доступ воздуха. От тепла печки стены начинали подтаивать. При открывании двери вода замерзала, образуя слой льда, который не давал теплу улетучиваться. Сейчас только очень немногие эскимосы отправляются на дальнюю охоту во льды и строят там традиционные иглу. рис. 3

Как разрезать лед рис. 4

Оборудование: тонкая прочная бечевка или тонкая проволока, бутылка с пробкой, кубик льда, две тяжелые вилки. рис. 5

1. Вставь пробку в бутылку так, чтобы около 2,5 см осталось снаружи. Установи кубик льда на пробке.


2. Отрежь кусок бечевки или проволоки длиной около 40 см и привяжи к ее концам по вилке. Перекинь бечевку через кубик льда. Помести бутылку в холодильник. Бечевка пройдет сквозь кубик льда, но при этом он не распадется.

Что происходит

Под давлением бечевки (или проволоки) лед тает. В образовавшейся воде бечевка опускается вниз. Лед снова замерзает над ней. То же происходит, когда люди катаются по льду. Они своим весом давят на лед, что заставляет его таять под лезвиями коньков. Слой воды улучшает скольжение. Потом вода снова замерзает. рис. 6

Подними лед спичкой

Оборудование: стакан с водой, кубик льда, спичка, немного соли. На плавающий в воде кусочек льда аккуратно положи спичку. Теперь посыпь немного соли вокруг спички. Вскоре она вмерзнет в лед, и ты сможешь за эту спичку поднять кусочек льда.

Что происходит

Когда ты посыпаешь солью лед, он тает. Это происходит потому, что соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем обычная. Другими словами, для того, чтобы соленая вода превратилась в лед, температура должна быть ниже 0° С. Но под спичку соль не попадает, и она оказывается вмерзшей в лед.

Зимой дороги посыпают солью: соленая вода не замерзает и при температуре ниже 0° C. Для этого же в охлаждающую жидкость, которую заливают в радиаторы автомобилей, добавляют антифриз. Такая смесь не замерзает до -30° С.

ОБ УРОВНЕ ВОДЫ

Вода, как и все остальное, притягивается к центру Земли невидимой силой, называемой гравитацией, или тяготением. Там, где горные породы не дают воде просачиваться, она образует реки, озера и океаны. Там, где состав пород другой, вода просачивается внутрь до тех пор, пока не устанавливается на самом низком уровне.рис. 1


Ярким доказательством тому, что вода притягивается к Земле и стремится занять самый низкий уровень, являются водопады. На фотографии изображен Ниагарский водопад, расположенный на границе между США и Канадой.

ДВИЖЕНИЕ ВВЕРХ

Этот опыт покажет тебе, как заставить воду вопреки закону тяготения течь вверх!

Оборудование: два тазика и резиновая трубка. рис. 2

Установи два пустых тазика так, чтобы один был ниже другого.
Заполни верхний тазик водой. Зажми пальцем один конец трубки и заполни ее водой.
Опусти этот конец, не убирая пальца, в верхний тазик, а другой - в нижний тазик. Когда ты уберешь палец, вода сначала поднимется ВВЕРХ по трубке, а потом потечет вниз, в пустой тазик.

Что происходит

Трубка образует сифон, который работает следующим образом: давление воздуха на поверхность воды в верхнем сосуде заставляет воду подниматься ВВЕРХ по трубке.

Поднимаем воду в стакане рис. 3

А теперь посмотрим, как еще можно преодолеть гравитацию и заставить воду подниматься вверх. В одних опытах мы используем давление воздуха или тепло, в других - так называемые капиллярные силы.

Опусти стакан полностью в тазик с водой.
Переверни его вверх дном и медленно поднимай, но следи, чтобы край стакана не поднялся над поверхностью воды. Посмотри, что произойдет. Теперь попробуй поднять стакан над водой. Что произошло?

Что происходит

Воздух давит на поверхность воды и вдавливает воду в стакан. Но когда край приподнимается над поверхностью, воздух уже не может удержать воду в стакане, и она выливается. рис. 4


Угадай уровень

Тебе понадобятся бумага, карандаш и ножницы.

1. Сложи большой лист бумаги пополам и еще раз пополам.
2. Нарисуй профиль бутылки и вырежи его.
3. Помести эти четыре «бутылки», как показано на картинке. На каждой бутылке нарисуй уровень воды, который, по твоему мнению, установился бы, если бы бутылка была наполнена на три четверти.
4. Теперь повтори эксперимент с настоящей бутылкой воды. Не забудь подставить ванночку, когда будешь наклонять бутылку. Удалось тебе угадать уровень?

Поверхность воды в любом сосуде всегда горизонтальна - независимо от того, какой сосуд ты берешь и как его наклоняешь. Проверь это!

Окрашиваем цветок рис. 5

Оборудование: свежесрезанный цветок (например, гвоздика или нарцисс), ваза с водой, пищевой краситель или чернила.

1. Обрежь цветок, оставив около 5 см стебля.
2. Добавь в цветочную вазу несколько капель красителя.
3. Поставь цветок в воду на несколько часов. Через некоторое время лепестки начнут окрашиваться под цвет воды в вазе.

Что происходит

Цветок «всасывает» окрашенную воду через узкие сосуды-трубочки в стебле. Этот опыт наглядно демонстрирует, что капиллярные силы могут преодолеть силу гравитации.

Что еще можно попробовать

Можно окрасить цветок в разные цвета, если расщепить стебель и каждую часть опустить в «свою» воду.
Подводный вулкан

Оборудование: пузырек, широкая банка с водой, нитка, пищевой краситель или чернила. рис. 1

1.Завяжи нитку вокруг горлышка пузырька.
2. Заполни пузырек горячей водой и добавь одну-две капли красителя или чернил.

3. Осторожно опусти пузырек в банку.


Понаблюдай, как окрашенная вода поднимается вверх, словно извергается вулканчик.

Что происходит

Горячая вода легче, чем холодная, поэтому она поднимается вверх. По мере остывания вся вода постепенно перемешается и станет одного цвета.

Делаем водяные часы рис.2

Много тысяч лет назад китайцы и египтяне использовали текущую воду для измерения времени. Ты тоже можешь сделать водяные часы, похожие на те, которые они использовали.

Оборудование: длинная линейка, две одинаковые баночки из-под йогурта или кофе, прочная липкая лента,

гвоздик, пластилин.

1. Сделай гвоздиком маленькую дырку в дне одной баночки. На внутреннюю стенку другой баночки нанеси шкалу.
2. Прикрепи клейкой лентой обе баночки к линейке, баночку со шкалой - внизу. Установи линейку вертикально с помощью пластилина.
3. Зажми дырочку в дне верхней баночки пальцем и заполни ее водой. Теперь убери палец и Засеки время, за которое вода поднимается до каждой следующей отметки в нижней баночке.

Можешь ли ты сделать часы, которые измеряли бы время с точностью до одной минуты?

Раскрывающийся цветок

Оборудование: гладкая (но не блестящая) бумага, карандаши, ножницы, сосуд с водой.

Нарисуй цветок, как показано на картинке, раскрась его,

рис. 3

рис. 4

рис. 5


вырежь и сложи лепестки вместе.

Когда ты опустишь цветок на воду, лепестки медленно раскроются в результате действия капиллярных сил.

Что происходит

Вода постепенно поднимается по крошечным щелям между бумажными волокнами, как по трубочкам. Бумага намокает, и лепестки раскрываются, как у настоящего цветка.

Текущая вода

Вода обычно течет вниз, быстрее или медленнее в зависимости от своей массы и крутизны склона. Под давлением она течет еще быстрее.

На рисунке - модель китайских водяных часов. Колесо поворачивается каждый раз, когда одна чашечка наполняется водой, и делает сто полных оборотов за 24 часа. рис. 6

Из пожарных шлангов вода бьет под очень большим давлением. Струя как бы выстреливает из шланга, и большое количество воды мгновенно заливает горящий объект.

Вода и другие жидкости

Исследуй, насколько быстрее течет вода по сравнению с другими жидкостями.

Подготовь два сосуда так же, как в опыте с водяными часами (внизу). Замерь, как долго капает вода из одного сосуда в другой.
Теперь попробуй другие жидкости: патоку, растительное масло, фруктовый сироп. Какая из этих жидкостей течет быстрее всего?

Водяной напор

Сделай отверстия гвоздем или чертежной кнопкой. Все они должны быть одного размера.

Вода потечет быстрее, если ты будешь пропускать ее через узкое горлышко или же сделаешь повыше водяной столб, чтобы вода давила сама на себя.

Найди пустую пластмассовую бутылку, например, из-под жидкости для мытья посуды.
Сними крышку и заполни бутылку водой.
Снова надень крышку. Над ванной или на улице попытайся слегка сжать бутылку. А теперь сожми ее сильнее. Чем сильнее ты сжимаешь, тем быстрее потечет вода.

Вылей воду из бутылки и сделай сбоку гвоздем три дырки одного размера.

Зажми дырки пальцами и заполни бутылку водой.
Убери пальцы и посмотри, из какой дырки будет бить самая длинная струя.

Что происходит

На нижний слой воды - на дне бутылки - сверху давит вся толща воды. Следовательно, самая длинная струя будет бить из самой нижней дырки. Другие струи будут короче.
УПРУГАЯ ПЛЕНКА

Присмотрись повнимательней к каплям дождя или каплям воды из крана. Какой формы эти капли? Заметь, что самые маленькие капли имеют почти идеальную сферическую форму. Это происходит потому, что поверхность воды стягивается силой, называемой поверхностным натяжением. Именно оно и «покрывает» воду тонкой упругой «кожицей» на поверхности.

Изгибаем водурис. 1

Осторожно наполни водой чашку или стакан до самых краев. Ты увидишь, как поверхностное натяжение стягивает поверхность воды, изгибая ее около стенки сосуда и не давая тем самым воде пролиться. Возьми несколько сухих кисточек - маленькую кисточку для рисования или кисточку для бритья. Посмотри на форму кисточек, теперь окуни их в воду. Посмотри, волоски собрались в одну точку на самом кончике. Поверхностное натяжение достаточно сильное, чтобы стянуть вместе все мокрые волоски.

Прогулки по воде

Некоторые насекомые, например водомерки, могут бегать по поверхности воды и не тонуть. Поверхностная пленка достаточно прочная, чтобы удержать их. Она слегка прогибается, образуя небольшие углубления, но не разрывается. Водомерки широко раскидывают свои длинные ноги, чтобы распределить вес по поверхностной пленке.

Плавающая иголка

Можешь ли ты сделать так, чтобы металл плавал на поверхности воды?

Оборудование: чистое блюдце, вилка, иголка.

1. Наполни блюдце свежей водой.

2. Положи иголку на кончики зубцов вилки и осторожно опусти на поверхность воды. Если ты сделаешь это аккуратно, иголка останется плавать, когда ты уберешь вилку.


Что происходит

Вилка разрывает пленку на поверхности воды, но пленка образуется вновь под иголкой. Она удерживает иголку и не дает ей утонуть. Если присмотришься, ты увидишь, как пленка прогибается под весом иголки.

Удерживаем воду

Промокает ли твой носовой платок? Странный вопрос.

1. Наполни банку водой и намочи носовой платок.
2. Плотно натяни платок на горловину банки и закрепи с помощью нитки или резинки.
3. Переверни банку вверх дном. Вытекает ли вода?

Что происходит

Носовой платок соткан из волокон, между которыми есть крошечные дырочки. Поверхностное натяжение действует как кожа и не дает воде выливаться через дырочки. По той же причине не пропускают воду зонтики. Прячась под зонтом, вспомни о поверхностном натяжении.

Льем воду по бечевке

Вода, текущая из крана плавной струей, образует гладкую трубку. Такую форму воде придает поверхностное натяжение. Попробуй лить воду по бечевке - и ты увидишь эффект своими глазами.

Оборудование: небольшой кувшин, веревка, пустая чашка.

1. Привяжи бечевку одним концом к ручке кувшина. Наполни кувшин водой.
2. Натяни бечевку через горлышко кувшина и держи другой конец над чашкой.
3. Расположи кувшин и чашку так, чтобы бечевка натянулась.
4. Держа кувшин чуть выше чашки, медленно и осторожно начинай лить воду. Вода потечет вдоль бечевки в чашку.
5. После того, как поток воды установился, опусти кувшин, однако так, чтобы небольшой наклон все же был. Поверхностное натяжение будет прижимать воду к бечевке, так что вода будет продолжать струиться по ней.рис. 2
Связываем струйки в пучок

1. Сделай гвоздем 5 одинаковых дырок в пластмассовой баночке на расстоянии около 0,5 см друг от друга.

2. Поставь баночку под кран. Ты увидишь 5 струек вытекающей воды.

3. Собери пальцами все струйки вместе. Тебе удалось это сделать благодаря силам поверхностного натяжения.
4. Если провести рукой поперек дырок, то пучок снова разделится на отдельные струйки.

рис. 1

Разрываем натяжение

С помощью поверхностного натяжения можно делать неожиданные вещи: например, удерживать на поверхности воды такие предметы, которые должны тонуть. рис. 2

Оборудование: тазик с водой, пластмассовая корзиночка (вроде той, что на картинке).

1. Наполни тазик водой и очень осторожно положи корзиночку на поверхность. Корзиночка должна плавать, даже если она состоит из одних дырок!

2. Теперь возьми маленький кусочек ткани и аккуратно опусти в корзиночку. Когда ткань намокнет, корзиночка начнет тонуть.

Что происходит

Корзиночка плавает, поскольку поверхностное натяжение действует подобно тонкой кожице и не дает воде проникать сквозь отверстия корзинки. Но когда ткань намокает в воде, она разрушает «кожицу», и поверхность воды не может больше удерживать корзинку.

Натягиваем «кожу»

Что случится, если сила поверхностного натяжения уменьшится? Насколько эластична водяная «кожица»?

1. Возьми большую тарелку и хорошенько ее вымой.
2. Налей в тарелку воды и подожди, пока поверхность не станет гладкой и спокойной. Теперь посыпь поверхность тальком.
3. Намочи палец и намыль его. Теперь окуни палец в воду у края тарелки. Весь тальк сразу отплывет к другому краю.

Что происходит

Мыло уменьшает поверхностное натяжение воды вокруг твоего пальца. Натяжение с другого края тарелки сильнее, и тальк перетягивается туда.

Мыльная энергия

Мыло ослабляет поверхностное натяжение, которое определяет форму поверхностной пленки. Оно же делает эту пленку упругой и позволяет надувать пузыри и запускать кораблики. Проделай несколько фокусов с мылом.

Мыльная флотилия

Оборудование: картон или дерево, ножницы, кусочек мыла, таз с водой.

1. Вырежь «кораблик» из картона или дерева, сделай вырез по центру на корме и закрепи в нем кусочек мыла.

2. Наполни водой чистый таз и дай воде успокоиться. Положи свой кораблик на воду и понаблюдай, как он движется.

Что происходит

Мыло ослабляет поверхностное натяжение воды позади кораблика, и он движется вперед под действием более сильного поверхностного натяжения впереди.

Что еще можно попробовать

Смести вырез - сделай его не в центре, а ближе к одному борту. Что произойдет? Попробуй добавить руль из скрепки.

Волшебные спички

Оборудование: спички, тазик с чистой водой, мыло, кусочек сахара.

1. Аккуратно уложи спички на поверхность воды.
2. Погрузи кусочек сахара в центр тазика. Спички должны собраться к центру.
3. Теперь в центр опусти мыло. Спички разойдутся.

Что происходит

Когда ты опускаешь кусочек сахара в центр тазика, он начинает поглощать воду. Возникает слабый поток, который собирает спички. Но когда ты опускаешь в центр мыло, более сильное поверхностное натяжение у краев тазика раздвигает спички в разные стороны.