Роль поверхностного натяжения в жизни. Итак, поверхностное натяжение воды имеет огромное значение в природе, и в жизни человека.


Министерство образования Республики Саха (Якутия)
Муниципальное общеобразовательное учреждение ИТЛ №24 г. Нерюнгри
Лицейская научно-практическая конференция «Шаг в будущее»
Проект - исследование по теме: Поверхностное натяжение воды.
Зайцев Станислав Андреевич
3Б класс
Научный руководитель: Афонина Е.В.
Нерюнгри
2015г.
Содержание:
1. Введение……………………………………………………………………………..3
2. Теоретическая часть…………………………………………………………………3
2.1. Вода…………………………………………………………………………………3
Что такое поверхностное натяжение……………………………………………...4
История изучения поверхностного натяжения…………………………………...6
Роль поверхностного натяжения в жизни………………………………………..6
Практическая часть ………………………………………………………………...6
3.1. Непроницаемая ткань………………………………………………………….....6
3.2. Опыт стакан с монетами…………………………………………………………7
3.3. Опыт с иголкой…………………………………………………………………...7
3.4. Опыт «Шустрая лодочка»………………………………………………………..7
3.5. Опыт «Живая рыбка»…………………………………………………………….8
4. Заключение…………………………………………………………………………...9
5. Список используемой литературы…………………………………………………9
Введение.
Вода важнейшее вещество, без которого нельзя жить всем живым существам. Она обладает удивительными свойствами. Одним из таких свойств является поверхностное натяжение.
Благодаря поверхностному натяжению – «пленке на поверхности жидкости» некоторые виды насекомых – клоп водомерка, паук рыболов, и даже ящерица могут перемещаться по воде.
Ученые давно изучают водомерок и изобретают роботов, которые бы держались на воде при помощи сил поверхностного натяжения. Вот некоторые из них:
24631651758954232275150495452120184785
Тему своей работы я считаю актуальной, так как, можно создать машины, перемещающиеся по воде за счет поверхностного натяжения, которые занимались бы очищением воды от нефти и различных загрязнений.
Основная цель данной работы узнать, что такое поверхностное натяжение воды, демонстрируя его опытами.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Узнать строение молекулы воды.
Ознакомится с литературой по поверхностному натяжению жидкости.
Дать определение поверхностному натяжению воды.
Провести опыты, которые показывают существование поверхностного натяжения воды.
Вышеизложенные соображения определили выбор предмета моего исследования, а именно: наблюдение за поверхностным натяжением воды.
Гипотеза: предполагаю, что вода обладает свойством, которое приводит к образованию на ее поверхности подобие невидимой, тонкой и упругой пленки.
Теоретическая часть.
Вода.
Изучив энциклопедию, я узнал, что все вещества – жидкие, твердые и газообразные -образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов.
Строение молекулы воды достаточно простое, она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, образуя равнобедренный треугольник с кислородом в вершине, химическая формула: H2O. Однако, вода имеет целый ряд аномалий физических свойств, которые значительно понимание такого строения молекулы воды.

Молекула воды представляет собой маленький диполь с положительным и отрицательным зарядом на полюсах. Так как масса и заряд ядра кислорода больше чем у ядер водорода, то электронное облако стягивается в сторону кислородного ядра, образуя отрицательный заряд, а со стороны водорода положительный, что определяет полярность молекулы воды. Теперь если мысленно соединить линиями эти положительные и отрицательные полюса, получится правильный тетраэдр.
Каждая молекула воды благодаря наличию водородных связей образует водородную связь с четырьмя соседними молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас, который устойчив при охлаждении воды до состояния льда, в обычном, жидком состоянии эти связи быстро рвутся и образуются вновь, что приводит к неоднородности в структуре воды.
Вода при нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром.
Что такое поверхностное натяжение.
Молекулы жидкости постоянно притягиваются друг другу. На молекулы внутри жидкости силы притяжения других молекул действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и в результате сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. По совокупности этот эффект приводит к формированию так называемой силы поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней подобия невидимой, тонкой 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, она стремится принять форму, при которой площадь ее поверхности окажется минимальной. Такой формой, естественно, является сфера — вот почему дождевые капли в полете принимают почти сферическую форму (я говорю «почти», потому что в полете капли слегка вытягиваются из-за сопротивления воздуха).
Опыт Капля в падении.
328295475615 Набрав в пипетку воды, выпускаю каплю, которая падает на стеклянную пластину. На фотографии чётко видно, что первоначально она имеет сферическую форму.
Вывод: при свободном падении в состоянии невесомости капля воды практически имеет форму шара. Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая её к минимуму. Этот эффект называют поверхностным натяжением.
По этой же причине капли росы на листьях растений утром собираются в бусинки. 1423670266700
В космосе вода имеет свою естественную форму шара.
Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Чем меньше поверхностное натяжение, тем более летуча жидкость. Самым низким поверхностным натяжением обладают спирты и растворители. Это, в свою очередь, определяет их активность, т.е. способность взаимодействовать с другими веществами. Если бы вода имела низкое поверхностное натяжение, она бы улетучилась или испарилась.
Если бы нам удалось совершенно избавить воду от примесей, уменьшающих поверхностное натяжение воды, то по ее поверхности можно было бы кататься на коньках. Но в природных условиях вода всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).
Существуют способы снижения поверхностного натяжения. Это нагревание, добавление биологически активных веществ (стиральных порошков, мыла, паст и т.д.). Степень поверхностного натяжения определяет «жидкость» воды. Образно говоря, вода бывает более «густая» и более «жидкая». Желательно, чтобы в организм поступала более «жидкая» вода, тогда клеткам не надо будет тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения. Вода с низким поверхностным натяжением более биологически доступна. Она легче вступает в межмолекулярные взаимодействия.
История изучения поверхностного натяжения.
Понятие поверхностного натяжения впервые ввел Я.Сегнер (1752). В первой половине XIX в. на основе представления о поверхностном натяжении была развита математическая теория капиллярных явлений (П.Лаплас, С.Пуассон, К.Гаусс, А.Ю.Давидов). Во второй половине XIX в. Дж.Гиббс развил термодинамическую теорию поверхностных явлений, в которой решающую роль играет поверхностное натяжение. В XX в. разрабатываются методы регулирования поверхностного натяжения с помощью поверхностно-активных веществ и электрокапиллярных эффектов (И.Ленгмюр, П.А.Ребиндер, A.H.Фрумкнн). Среди современных актуальных проблем – развитие молекулярной теории поверхностного натяжения различных жидкостей (включая расплавленные металлы).
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.
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.
3. Практическаяская часть
3.1. Опыт «Непроницаемая ткань»
Материалы для проведения опыта:
Квадратный кусок марли, 15x15 см
Стакан
Резинка
Кувшин воды
Пластиковая миска
Ход опыта:
Наливаю полный стакан воды.
Закрепляю марлю на месте резинкой.
Накрываю стакан марлей.
Одной рукой беру стакан вместе с марлей, а другой рукой накрываю его сверху.
Переворачиваю стакан вверх дном над миской
Результат
Когда перевернул стакан, из него вначале просачивается небольшое количество воды, но затем она перестает течь совсем. Марля не дает воде вылиться из стакана.
Вывод: между ниточек марли образовалась тончайшая плёнка, которая не даёт воде выливаться.
Опыт «Стакан с монетами»
Материалы для проведения опыта:
Монеты
Стакан с водой
Ход опыта:
В стакан с водой начинаю медленно погружать монеты до тех пор, пока на поверхности воды не образуется горка.
Результат
Поверхность воды вздулась, возвышаясь над краями стакана.
Вывод: над поверхностью жидкости образовалась тончайшая плёнка, которая не даёт воде выливаться.
3.3. Опыт с иголкой
Материалы для проведения опыта:
Иголки – 2шт.
Емкость с водой
Лоскуток бумаги
Ход опыта:
В емкость с водой сначала выкладываю лоскуток бумаги. Затем на него кладу иголку. С помощью второй иголки начинаю потихоньку опускать лист бумаги в воду, пока он не опустится на дно.
Результат
Когда лист бумаги опустился на дно стакана, иголка продолжала плавать на поверхности воды.
Вывод: поверхностное натяжение воды не дает утонуть иголке.
3.4.Опыт «Шустрая лодочка»
Материалы для проведения опыта:
Лодочка из картона
Емкость с водой
Мыльный раствор
Пипетка
Ход опыта:
В емкость с водой я сначала положил лодочку. Затем набрал в пипетку мыльный раствор. И капнул в центр круглого отверстия.
Результат
Лодочка начала быстро двигаться вперед.
Вывод: поверхностное натяжение воды под действием мыльного раствора изменяется (уменьшается), что приводит к движению лодочки.
3.5. «Живая Рыбка»
Материалы для проведения опыта:
Вырезанная из плотной бумаги рыбка. В середине у рыбки круглое отверстие, которое соединено с хвостом узким каналом.Емкость с водой.
Пипетка.
Сосуд с мыльным раствором
Ход опыта.Выкладываем рыбку на воду. Набираем в пипетку мыльный раствор. Капаем раствор в круглое отверстие. Результат: рыбка поплыла вперед!
Вывод: Стремясь разлиться по поверхности воды, раствор потечет по каналу, тем самым двигая рыбку.
4.Заключение.
Итак, поверхностное натяжение воды имеет огромное значение в природе, и в жизни человека. Поверхностное натяжение определяет форму жидкости. Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. С помощью наблюдений и поставленных опытов, я выявил, что, поверхностное натяжение позволяет не выливаться воде из стакана, даже если он налит с горкой. Позволяет не просачиваться моментально воде через ткань. Позволяет держаться на воде стальным предметам. Поверхностное натяжение изменяется под действием мыльного раствора, приводя в движение предметы.
Поверхностное натяжение воды - это сила и она действует.
5.Список используемой литературы.
Интернет ресурсы: http://SimpleScience.ru
http://justwater.ru
http://elementy.ru/trefil http://www.chemport.ru http://infotables.ru https://ru.wikipedia.org http://www.prorobot.ru
200 законов мироздания / Джеймс Трефил
Занимательная физика. /Я. И. Перельман
Современная энциклопедия. 2000.
365 опытов.

Приложенные файлы

  • docx 4349778
    Размер файла: 455 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий