|
|
Наука – это чудесно, интересно и весело. Но в чудеса со слов верится плохо, их надо потрогать собственными руками. После погружения «на дно пятого океана» Вам наверняка захотелось продолжить путешествие. Капитан предлагаем Вам самостоятельно проделать несколько экспериментов (по темам, затронутым в представлении). Сложного оборудования не потребуется, ведь наши опыты просты, но глубоки по сути.
Сделав опыт, разберитесь в его объяснении, а затем покажите его своим друзьям, знакомым или одноклассникам (для этого можно предварительно договориться с учителем физики о демонстрации на уроке).
Материалы. Два воздушных шарика, длинный стержень (трубочка, рейка, линейка и т.п.), подвес для стержня.
Порядок проведения эксперимента. Хорошенько надуйте шарики и привяжите их к концам стержня. Подвесьте его на нити и, смещая точку подвеса, уравновесьте систему так, чтобы стержень находился в горизонтальном положении. Проверьте, возвращается ли система после отклонения опять в положение равновесия.
Выпустите воздух из одного шарика, проколов его. Спустя некоторое время, когда система успокоится, надутый воздушный шарик опустится ниже другого. Это свидетельствует о том, что шарик, заполненный воздухом, весит больше пустого шарика. Значит, воздух имеет вес!
Рекомендации. Чтобы оболочка воздушного шарика при прокалывании не лопнула в нескольких местах, наклейте скотч на место, где будет сделан прокол. Естественно, что уравновешивать шарики следует только после наклеивания скотча. Когда оболочка шарика при помощи острой иглы прокалывается в заклеенном скотчем месте, шарик не лопается и воздух медленно выходит в образовавшееся отверстие.
Физический комментарий. Точное объяснение этого опыта требует учёта выталкивающей (архимедовой) силы, действующей на шарик со стороны окружающего воздуха. Если бы воздух в шарике не был сжат, то выталкивающая сила была бы равна силе тяжести, действующей на воздух в шарике, и эти силы взаимно компенсировались. Тогда вес надутого шарика был бы равен весу пустого. Из-за этого данный опыт нельзя провести, например, с наполненным воздухом полиэтиленовым пакетом. Однако, вследствие упругости резиновой оболочки шарика, воздух в шарике сжимается, и его плотность становится больше, чем плотность воздуха снаружи. Поэтому выталкивающая сила, действующая на шарик, меньше силы тяжести, действующей на воздух в нем. Вес шарика с воздухом оказывается больше веса пустого шарика.
Желаете исследовать некоторые свойства воды и воздуха, изучая, как вода выливается из бутылки за считанные секунды? Желаете посадить в бутылку «торнадо» и показывать знакомым его крутой нрав? Тогда за дело!
Материалы. Две пластиковые бутылки объёмом 1-1,5л; чаша (или другая ёмкость) для воды; секундомер; металлическая шайба (с диаметром отверстия около 1см); клейкая лента (скотч).
Порядок проведения эксперимента. Очистите бутылки от наклеек, чтобы можно было наблюдать то, что происходит внутри.
|
|
Рекомендации. При желании Вы можете сделать из двух бутылок устройство, которое позволит многократно переливать воду (не проливая её) и наблюдать за водяной воронкой. Для этого:
Физический комментарий. Перемещению воды из сосуда наружу мешает воздух, присмотритесь к булькающей бутылке. Струя воды периодически прерывается воздушными пузырями. Если же закрутить воду, то образуется водяная воронка, в которой воздух беспрепятственно перемещается по центру снизу вверх, а вода стекает по краям.
Вопросик. Подобную водяную воронку можно наблюдать при сливе воды из раковины или ванной. Интересно, кто раскручивает воду и от чего зависит направление её вращения?
Материалы. Десяток маленьких свечей (например, для тортов), упаковка тонкого полиэтилена, три рейки, аппарат для склеивания полиэтилена (или просто утюг), клейкая лента.
Порядок проведения эксперимента.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рекомендации. Обычно такие шары взлетают очень высоко и уносятся воздушным потоком на несколько километров. Удачи всем воздухоплавателям! На шаре маркером можно нарисовать рожицу. При запуске в тёмное время суток такой летательный аппарат-привидение будет очень эффектно смотреться.
Физический комментарий. При нагреве воздух расширяется и через отверстие выходит из шара. Когда сила тяжести, действующая на шар, уменьшится настолько, что станет меньше (выталкивающей) силы Архимеда, он взлетит.
Материалы. Фанера, ножовка, клей, гвоздь, две пластмассовые бусины, деревянная рейка.
Изготовление. Чтобы изготовить этот простой и оригинальный флюгер своими руками нужно вырезать из фанеры детали, изображенные на чертеже внизу. Ширина прорезей должна быть равна толщине фанеры.
Далее собираем флюгер, как показано на рисунке.
Рекомендации. Обязательно нужно уравновесить флюгер на шляпке гвоздя, чтобы найти его центр. На гвоздь как видно из рисунка нанизываем по бусине с обеих сторон от флюгера, это облегчит его поворот. Нос флюгера указывает направление, откуда дует ветер.
Вопросик. Почему остриё флюгера поворачивается на ветер, а не по ветру?
Для точных измерений скорости, силы ветра применяется прибор анемометр. Приблизительно скорость ветра можно померить с помощью самодельного прибора – ветромерной доски-флюгера Вильда, с достаточной точностью определения, при силе воздушного потока до пяти-шести баллов.
Рис. Самодельная ветромерная доска-флюгер Вильда:
|
1 – вертикальная трубка (длиной 600мм) с заваренным заостренным верхним концом, 2 – передний горизонтальный стержень (240мм) флюгера с шариком-грузом противовеса; 3 – крыльчатка флюгера (длина лепестка – 360мм, максимальная ширина – 140мм, максимальное расстояние между концами лепестков – 110мм); 4 – верхняя рамка; 5 – горизонтальная ось шарнира доски; 6 – ветромерная доска (массой 200г); 7 – нижний неподвижный вертикальный стержень с укрепленными на нем указателями сторон света: С – север, Ю – юг, 3 – запад, В – восток; № 1 – № 8 – штифты-указатели скорости ветра. |
Флюгер устанавливается на высоте 6-12м, над открытой ровной поверхностью. Под флюгером неподвижно укреплены стрелки-указатели направления ветра. Над флюгером к трубке 1 на горизонтальной оси 5 шарнирно прикреплена к рамке 4 ветромерная доска 6 размером 300 × 150мм. Масса доски – 200г. От рамки 4 отходит назад, прикрепленный к ней отрезок дуги (радиусом 160мм) с восемью штифтами, из которых четыре – длинные (по 140мм) и четыре – короткие (по 100мм). Углы, под которыми они закреплены, составляют с вертикалью для штифта №1 – 0°; №2 – 4°; №3 – 15,5°; №4 – 31°; №5 – 45,5°; №6 – 58°; №7 – 72°; №8 – 80,5°.
Скорость ветра узнают путем отсчета угла отклонения доски. Определив положение ветромерной доски между штифтами дуги, обращаются к таблице (смотрите ниже), где этому положению соответствует определенная скорость ветра.
Положение доски между штифтами дает лишь приблизительное представление о скорости ветра, тем более что сила ветра быстро и часто меняется. Доска никогда не остается долго в каком-нибудь одном положении, а постоянно колеблется в некоторых пределах. Наблюдая в течение 1 минуты за меняющимся наклоном этой доски, определяют её средний наклон и только после этого судят о средней минутной скорости ветра. Для большой скорости ветра, превышающей 12-15м/с, показания этого прибора имеют малую точность.
Значение указателя | Скорость ветра, м/с |
1 | 0 |
1-2 | 1 |
2 | 2 |
2-3 | 3 |
3 | 4 |
3-4 | 5 |
4 | 6 |
4-5 | 7 |
5 | 8 |
5-6 | 9 |
6 | 10 |
6-7 | 12 |
7 | 14 |
Материалы. Круглая колба 1л (2шт), штатив с кольцевым держателем (2шт), пробка со шлангом и стеклянной трубкой на конце, пробка со стеклянной трубкой и запорным краном на конце, мензурка, весы, вода, спиртовка, спички.
Порядок проведения эксперимента.
Рекомендации. При проведении опыта необходимо предусмотреть меры безопасности при работе со стеклянной колбой и паром, находящимся в ней под давлением: защитные перчатки, очки, экран.
Физический комментарий. После того как колба была закрыта, в ней оставался только водяной пар – воздуха там больше не было. Когда колба остыла, большая часть пара сконденсировалась в воду, так что в колбе возник вакуум. Разница в массе при двух первых измерениях и показывает нам массу того количества воздуха, который заполнил колбу после того, как мы открыли кран. Масса зависит от температуры. 1л воздуха при +15°С имеет массу примерно 1,2г. Плотность воздуха составляет, таким образом, 0,0012г/см3.
Материалы. Длинная деревянная линейка (не менее 30см) и газета.
Порядок проведения эксперимента.
Рекомендации. Для успешной демонстрации необходимо тщательно разгладить газету таким образом, чтобы она плотно прилегала к столу и линейке.
Физический комментарий. Все предметы, находящиеся на дне воздушного океана, испытывают давление воздуха. Чем больше площадь предмета, тем сильнее это давление. Теперь понятно, почему газета стала такой тяжёлой?
Материалы. Плотный носовой платок, стакан воды, аптечная резинка
Порядок проведения эксперимента.
Физический комментарий. Мокрый платок не пропускает воду. Когда вы ударяли по стакану, на время, в нём понижалось давление, и воздух через носовой платок начинал поступать в воду, всасываясь в область пониженного давления. Вот эти-то пузырьки воздуха и создают впечатление, что вода «кипит».
Вопросик. Чтобы понизить давление используют специальный насос. Каким образом, удар по стакану делает то же, что и насос – создаёт разряжение?
Материалы. Два стакана, огарок свечи, немного газетной бумаги, ножницы, спички.
Порядок проведения эксперимента.
|
|
Физический комментарий. Огонь нагрел воздух, содержащийся в нижнем стакане, а, как мы уже знаем, нагретый воздух расширяется и становится легче, поэтому часть его вышла из стакана. Когда мы медленно приближали к первому стакану второй, часть содержавшегося в нём воздуха также успела нагреться и вышла наружу. Значит, когда оба стакана были плотно придавлены один к другому, в них было меньше воздуха, чем до начала опыта. Свеча потухла, как только был израсходован весь содержащийся в стаканах кислород. После того как оставшиеся внутри стакана газы остыли, там возникло разрeжeнное пространство, а воздушное давление снаружи осталось неизменным, поэтому оно плотно придавило стаканы один к другому, и когда мы подняли верхний из них, то и нижний поднялся вместе с ним.
Материалы. Монетка, тарелка, подкрашенная вода, тонкостенный стакан, чайник с кипятком (огарок свечи и спички).
Порядок проведения эксперимента.
Физический комментарий. Воздух в стакане начнёт остывать и сжиматься. Стакан начнёт всасывать воду, и вскоре вся она соберется под ним. Теперь подождите, пока монета высохнет, и берите её, не боясь замочить пальцы!
Вопросик. Догадаетесь, как получить подобный эффект без кипятка, имея только свечку и спички?
Материалы. Стакан, вода, листок плотной бумаги, (стеклянная банка 2-3 литра, монеты).
Порядок проведения эксперимента.
Рекомендации. На всякий случай проделывайте всё это над тазом, потому что при незначительном перекосе бумажки и при ещё недостаточной опытности на первых порах воду можно и разлить.
Физический комментарий. Воду удерживает давление воздуха. Давление воздуха распространяется во все стороны одинаково (по закону Паскаля), значит, и вверх тоже. Бумага служит только для того, чтобы поверхность воды оставалась совершенно ровной.
Вопросик. В одной книге было дано такое объяснение опыта: «Бумага не отпадает от стакана, потому что давление воды изнутри уравновешивается атмосферным давлением извне». Какую грубую физическую ошибку допустил автор?
Материалы. Глубокий таз, вода, пищевая соль, пластиковый стаканчик, камушки (галька), полиэтиленовая плёнка, бечёвка.
Порядок проведения эксперимента.
Физический комментарий. Вода на солнце начинает испаряться, конденсат оседает на плёнке и стекает в пустой стакан. Соль же не испаряется и остается в тазу.
Теперь, когда вы знаете, как добыть пресную воду, можно спокойно ехать на море и не бояться жажды. Воды в море много, и из неё всегда можно получить чистейшую питьевую воду.
Подготовка установки. Соберите установку, изображённую на рисунке, где 1 –полиэтиленовый мешок, 2 – стеклянная трубка, 3 – резиновый воздушный шарик, 4 – два кольца из толстой проволоки, 5 – нитки.
Проведение эксперимента. При деформации полиэтиленового мешка наблюдается изменение объёма резинового шарика. Подобные процессы происходят при дыхании.
Задание. Разберитесь в сущности дыхания и проведите аналогию между работой установки и процессом дыхания человека (роль рёбер, диафрагмы и т. д.).
Сохранить для печати |
---|