Дети очень любопытны и любят всё яркое и красивое. Внимание малышей легко привлечь игрушкой, например, воздушным шариком. Оказывается, с шариками можно не только играть, но и проводить интересные опыты. Воздушные шарики — бесценный подручный материал для наблюдения физических явлений и постановки различных физических экспериментов.
Я наблюдала за воздушными шарами и попробовала объяснить их поведение с точки зрения физики. Эту науку я начала изучать в этом учебном году. Все говорили, что физика — это очень сложная наука, но оказалось, что она очень интересная. Я увлеклась физическими опытами и узнала много нового. Мне хочется поделиться своими знаниями со всеми.
Цель моей работы: объяснить поведение воздушных шаров в физических экспериментах с точки зрения физических законов. Для достижения этой цели я ставлю следующие задачи:
1.Поставить опыты с использованием воздушных шариков.
2.Зафиксировать наблюдаемые явления.
3.Найти в различных источниках информацию, позволяющую объяснить наблюдаемые явления.
Методы: наблюдение, постановка эксперимента, описание, поиск информации в разных источниках.
Практическая часть
Опыт 1.
Я надула воздушный шарик и попыталась утопить его в воде, прикладывая силу.
Наблюдение: шарик не тонет. Удержать под водой его можно, но как только убираю руки, он всплывает.
Объяснение: внутри шара находится воздух, он легче воды. В воде на шар действует сила Архимеда, направленная вверх, она-то и выталкивает его, когда я убираю руки [3].
Опыт 2.
Я надула шарик и проткнула его иголкой — он лопнул с громким треском. В другой шарик мне удалось воткнуть иглу и даже не одну — шарик остался цел!
Это можно сделать тремя способами:
1. С боков, где резина сильно растянута, приклеить скотч и проколоть шарик в этом месте.
2. Там, где резина наиболее толстая, то есть «на макушке».
3. Там, где резина не натянута – где нитка.
Объяснение: в этих местах резина не натянута, нарушение целостности оболочки не сопровождается разрывам. С боков удержать оболочку от разрыва помогает скотч. Отверстие от иголки маленькое и шарик сдувается незаметно.
Опыт 3.
Испытаем шарик на прочность. Надутый воздушный шар кладу на иппликатор Кузнецова. Сверху придавливаю рукой.
Наблюдение: шарик меняет форму — он сплющился, но не лопнул. Усилю нагрузку — сверху положу тяжелые книги. Шар остается целым, хотя иголочки достаточно острые.
Объяснение: из-за большого количества остриёв, с которыми соприкасается шарик, давление на оболочку шарика оказывается незначительным, допустимым для тонкой резины. Воздушный шарик на гвоздях выдерживает 60 Н (груз массой 6 кг)! [3].
Опыт 4.
Оболочка шарика изготовлена из резины. Интересно, горит ли она?
Наблюдение: При внесении шарика в пламя спиртовки, оболочка загорается и покрывается копотью. Налью в шарик воды и повторю опыт. Шарик с водой не горит.
Объяснение: Вода обладает плохой теплопроводностью и всё тепло, получаемое от пламени, идёт на нагревание воды. Температура оболочки, пока в ней есть вода, не будет подниматься выше 1000С, что ниже температуры возгорания резины [1].
Опыт 5.
Я отрезала дно пластиковой бутылки, поместила шарик внутрь бутылки и натянула его на горлышко. Отрезанную часть бутылки затянула плёнкой от другого шарика и закрепила скотчем.
Наблюдение: оттягиваю плёнку — шарик надувается, надавливаю на плёнку — шарик сдувается.
Объяснение: Объём воздуха внутри бутылки оказывается изолированным. При оттягивании плёнки этот объём увеличивается, давление уменьшается и становится меньше атмосферного. Шарик внутри бутылки надувается воздухом атмосферы. При надавливании на плёнку объём воздуха в бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сдувается. Так же работают и наши лёгкие. Резиновая плёнка имитирует диафрагму, воздушный шарик — лёгкие. Резиновая плёнка-диафрагма опускается (оттягивается) — вдох, поднимается — выдох [1].
Опыт 6.
В стеклянную трёхлитровую банку налью горячей воды. Через некоторое время вылью воду и кладу на горловину банки шарик с водой.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Наблюдение: шарик втягивается в горловину и оказывается на дне банки.
Объяснение: Горячая вода нагревает банку, а банка нагревает воздух. Плотность горячего воздуха меньше плотности холодного. Когда на горловине оказывается шарик, банка и воздух в ней начинают остывать. Воздух в банке быстро остывает, его плотность увеличивается, объём уменьшается — шарик втягивается в банку [4].
Опыт 7.
Надуваю шарик до среднего размера и завязываю горловину узлом.
Измеряю шарик мерной лентой и делаю метку. Кладу шарик в миску и обливаю горячей водой.
Наблюдение: шарик увеличился в размерах, это заметно глазу и подтверждается показаниями мерной ленты.
Объяснение: воздух внутри шарика под воздействием горячей воды нагревается и при этом расширяется, растягивая оболочку [2].
Опыт 8.
Я надула два шарика, но так, чтобы один был большого размера, а второй — маленького. Из картона и скотча изготовила трубку. Натягиваю шарики на оба конца трубки, перекручивая их горловины. Раскручиваю горловины — шарики свободно сообщаются между собой через трубку.
Наблюдение: Воздух перетекает из одного шарика в другой. Но… маленький шарик надувает большой!
Объяснение: Многие считают, что раз масса воздуха больше в шарике большего размера, то этот шарик будет сдуваться и надувать маленький шарик. Но такое рассуждение ошибочно. Причина наблюдаемого явления в давлении внутри шарика. Давление газа зависит от кривизны поверхности, т.е. от радиуса сферы: чем меньше радиус, тем больше давление. (Вспомним сообщающиеся сосуды — вода перетекает не из того сосуда, где меньше воды, а из того, где давление больше.) [3].
Опыт 9.
Беру два шарика, надуваю и подвешиваю так, чтобы были на небольшом расстоянии друг от друга. Нужно соединить их, не касаясь руками.
Наблюдение: если подуть на висящие шарики сбоку, сверху или снизу так, чтобы струя воздуха проходила между ними, то они сами сближаются.
Объяснение: Один из основных законов гидро- и аэродинамики — закон Бернулли: чем выше скорость воздушного потока, тем меньше в нём давление. Из закона Бернулли следует, что давление в струе воздуха ниже, чем атмосферное. Сила атмосферного давления с боков сблизит шарики [4].
Опыт 10.
Надуваю шарик, включаю фен, подвожу под шарик струю воздуха и опускаю шарик.
Наблюдение: Струя воздуха поднимает шарик вверх, но он не улетает, а устойчиво держится в струе.
Объяснение: давление воздуха в струе из фена ниже атмосферного, поэтому шарик находится в своеобразном воздушном коридоре, стены которого состоят из воздуха с атмосферным давлением. Это заставляет шарик держаться в области пониженного давления [2].
Опыт 11.
Надуваю шарик и завязываю его. Электризую шарик, потерев его о волосы. Поднимаю шарик над головой.
Наблюдение: за шариком тянутся и волосы.
Объяснение: При натирании шарика о голову электроны переходят с волос на резиновую оболочку шарика. Шарик заряжается отрицательно, волосы — положительно. Разноименно заряженные тела притягиваются, поэтому волосы тянутся к шарику [2].
Опыт 12.
Надуваю два шарика одинакового размера. Электризую шарики о волосы. Беру шарики за нитки в одну руку.
Наблюдение: шарики разлетаются в разные стороны.
Электризую шарики, потерев их друг о друга. Беру шарики в одну руку.
Наблюдение: шарики прилипают друг к другу.
Объяснение: Шарики, потёртые о лоскуток или голову, заряжаются зарядом одного знака, а потёртые друг о друга — зарядами разного знака. Одноимённо заряженные тела притягиваются, разноимённо заряженные — отталкиваются [3].
Опыт 13.
На бумагу высыпаю соль, надуваю и электризую шарик. Подношу шарик к соли.
Наблюдение: Маленькие кристаллики соли выстраиваются в вертикальные столбики, тянутся «ниточками» к шарику.
Объяснение: Поваренная соль — полярный диэлектрик. Под действием электрического поля наэлектризованного шарика происходит смещение положительных и отрицательных связанных зарядов молекулы в противоположные стороны. Со стороны заряженного шарика в кристаллике соли всегда образуется противоположный по знаку заряд. Кристаллики соли притягиваются к шарику, пристраиваясь один к другому [3].
Опыт 14.
Насыпаю на бумагу мелко порезанные фантики от конфет.
Подношу наэлектризованный шарик к фантикам.
Наблюдение: фантики ведут себя как живые кузнечики-попрыгунчики. Подскакивают, касаются шарика и тут же отлетают в сторону.
Объяснение: фантики покрыты фольгой и электризуются в поле шарика, но при этом остаются нейтральными. Блёстки притягиваются к шарику, подпрыгивают, при касании заряжаются и отскакивают как одноимённо заряженные [3].
Опыт 15.
Надутый воздушный шарик с помощью скотча прикрепляю к трубочке — корпусу от шариковой ручки. Через отверстия в трубочке протягиваю нитку. Нитку натягиваю между двух опор. Горлышко шарика удерживаю пальцами.
Наблюдение: Если разжать пальцы, то шарик начнёт очень быстро двигаться вдоль нити.
Объяснение: Реактивное движение — движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части. Воздух начинает выходить из оболочки шарика с большой скоростью — возникает реактивная сила, толкающая шарик в противоположную сторону [3].
Вывод:
На воздушных шариках можно изучать законы давления тел и газов, тепловое расширение (сжатие), давление газов, плотность жидкостей и газов, закон Архимеда; можно даже сконструировать приборы для измерения и исследования физических процессов.
Опыты, проведенные мной, доказывают, что шарик — отличное пособие для изучения физических явлений и законов. Использовать мою работу можно в школе, в 7 классе, при изучении разделов «Первоначальные сведения о строении вещества», «Давление твердых тел, жидкостей и газов», в 8 классе — раздела «Электризация» и «Тепловые явления», в 9 классе — «Реактивное движение».
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Созданная на основе практической части компьютерная презентация поможет школьникам быстрее понять сущность изучаемых физических явлений, вызовет большое желание проводить эксперименты с помощью простейшего оборудования.
Очевидно, что моя работа способствует формированию неподдельного интереса к изучению физики.
Список литературы:
Александрова З.В. Физика на воздушных шариках// [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://edu-teacherzv.ucoz.ru/index/zanimatelnye_opyty/0-41 (дата обращения 15.01.2013).
Опаловский В.А. Урок «Физика на воздушных шариках»//[Электронный ресурс] — Режим доступа. — URLhttp://1874.my1.ru/news/urok_fizika_na_vozdushnykh_sharikakh/2013-03-02-55 (дата обращения 15.01.2013).
Туркина Г. Физика на воздушных шариках. //Журнал « Физика» — 2008. — № 16. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://fiz.1september.ru/view_article.php?ID=200801607 (дата обращения 15.01.2013).
Физика на воздушных шариках. Видео [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://moikompas.ru/compas/eksperimenty.moikompas.rucompas (дата обращения 15.01.2013).