Методическое пособие по проведению опытов с пластиковыми бутылками

Государственное бюджетное образовательное учреждение Пермского края «Школа­интернат для детей с нарушением зрения» Методическое пособие по проведению опытов с помощью пластиковых бутылок                                                                    Выполнила:  М.А. Гостева учитель физики Пермь, 2017г. ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................3 ГЛАВА 1. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ОПЫТОВ ПО ТЕМАМ................................................4 ГЛАВА 2. ОПЫТЫ С ПЛАСТИКОВЫМИ БУТЫЛКАМИ..............................................6 2.1 - Раздел «Молекулярная физика».....................................................................6 2.2 - Раздел «Давление твёрдых, жидких и газообразных тел».......................8 Опыт 3. Брызгалка................................................................................................8 Опыт 4. Гидростатическое давление...................................................................9 Опыт 9. Прибор, иллюстрирующий действие клапана в насосе или умывальнике........................................................................................................13 2.3.- Раздел «Механика»........................................................................................18 2.4.- Раздел «Оптика»............................................................................................27 ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................29 2 ВВЕДЕНИЕ Свои способности человек может узнать только, попытавшись применить их на деле. Луций Анней Сенека Эпиграфом к работе служат строки римского философа Сенека, так как физика – экспериментальная наука и её изучение невозможно без постановки опытов. Постановка   опытов   ­   увлекательнейшее   занятие.   Все   проведённые опыты просты и проводятся с соблюдением техники безопасности, что важно для тех, кто проводит эксперименты в домашних условиях, особенно впервые. В практической части работы для каждого эксперимента приведён перечень необходимого оборудования, расписаны стадии его выполнения – пошаговая инструкция,   что   позволяет   в   дальнейшем   правильно   организовывать эксперимент,   соблюдая   технику   безопасности.   Данные   опыты   позволяют знакомиться   с   законами   физики,   а   также   приобретать   и   совершенствовать технические навыки с инструментами и приборами.  Цель:   изготовить   приборы,   установки   по   физике   для   демонстрации некоторых   физических   явлений,   законов,   используя   пластиковые   бутылки, объяснить   принцип   действия   каждого   прибора   и   продемонстрировать   его работу. Предложенные   установки   являются   универсальными,   одна   установка может быть использована для проведения нескольких опытов. 3 ГЛАВА 1. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ОПЫТОВ ПО ТЕМАМ С   младенчества   человек   познаёт   окружающую   действительность   в непосредственном   взаимодействии   с   ней.   Со   временем   практический   опыт заменяют слова. Таким образом, человек, всё больше полагаясь на слова, ­ отдаляется от реальности. Как известно, теория без практики мертва, и без подтверждения все физические формулы и законы можно отнести к сфере предположений,   домыслов   и   теоретических   умозаключений.   Теория   даёт знание, ­ практика даёт уверенность в этом знании, а эта уверенность является фундаментом, который представляет собой основу мировосприятия. Физика – одна из основных наук о природе и изучать её без эксперимента недопустимо. Арабская   пословица   гласит:   «Один   опыт   стоит   тысячи   слов».  Опыты   по физике  – это возможность для человека более основательно разобраться в устройстве мира. Физика   изучает   различные   явления:   механические,   электрические, магнитные, тепловые, звуковые и световые.   В   методическом   пособии   систематизированы   опыты   с   применением пластиковых бутылок по основным разделам и темам курса «Физика». Таблица 1. ­ Систематизация опытов  РАЗДЕЛ «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА» Тема «Строение вещества» Опыт 1. Нагревание и охлаждение воздуха Опыт 2. Тепловой фонтан РАЗДЕЛ «ДАВЛЕНИЕ ТВЁРДЫХ, ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ» Опыт 3. Брызгалка Тема «Закон Паскаля» Тема «Гидростатическое давление» Опыт 4. Гидростатическое давление Опыт 5. Модель фонтана Опыт 6. Давление в жидкости Тема «Атмосферное давление» Опыт 7. Атмосферное давление Опыт 8. Рукомойник из пластиковой бутылки 4 Опыт 9. Прибор, иллюстрирующий действие клапана в насосе или  умывальнике Опыт 10. Воздух поднимает воду Опыт 11. Модель работы лёгких Опыт 12. «Кипение» холодной воды Опыт 13. Водолазный колокол Тема «Сообщающиеся сосуды» Опыт 14. Сообщающиеся сосуды Опыт 15. Картезианский водолаз Тема «Плавание тел» РАЗДЕЛ «МЕХАНИКА» Тема «Силы в механике. Сила Кориолиса» Опыт 16. Торнадо в бутылке Тема «Законы сохранения в механике. Закон Бернулли» Опыт 17. Закон Бернулли Опыт 18. Свеча за бутылкой Опыт 19. Почему не гаснет свеча Опыт 20. Закон Бернулли Опыт 21.  Автоколебания Тема «Колебания и волны. Автоколебания» Тема «Импульс тела. Реактивное движение. Перегрузки и невесомость» Опыт 22. Реактивное движение Опыт 23. Водяной двигатель Опыт 24. Невесомость Опыт 25 Перегрузка РАЗДЕЛ «ОПТИКА» Тема «Полное внутреннее отражение» Опыт 26. Светящаяся струя 5 ГЛАВА 2. ОПЫТЫ С ПЛАСТИКОВЫМИ БУТЫЛКАМИ 2.1 ­ Раздел «Молекулярная физика» Опыт 1. Нагревание и охлаждение воздуха Цель:   демонстрация   сжатия   и   расширения   тел   при   изменении температуры. Вариант 1. Оборудование: кусочки льда или снег, пластиковая бутылка. Ход работы:  1 2 3 Измельчённый лёд (сосулька) помещаем в пластиковую бутылку. Закрываем пробкой. Встряхиваем бутылку, чтобы охладить её стенки, затем ставим вертикально.  Иногда   достаточно   вынести   пустую   пластиковую   бутылку   на мороз. Результат: бутылка деформируется. Объяснение: низкая температура окружающей среды или лёд внутри бутылки   вызывает   резкое   охлаждение   воздуха,   которое   приводит   к сокращению объёма. Окружающий воздух давит на стенки бутылки и сминает её. Вариант 2. Оборудование: воздушный шарик; пластиковая бутылка объёмом 1,5 л; горячая и холодная вода, ёмкость. Пустой воздушный шарик надеваем на горлышко бутылки. Держим бутылку в течение минуты в тазике с горячей водой. Ход работы: 1 2 Результат: шарик надувается. Объяснение:   воздух,   как   и   все   вещества,   состоит   из   молекул.   При нагревании   молекулы   удаляются   одна   от   другой,   расстояние   между   ними 6 ему   требуется увеличивается. дополнительное пространство. Поэтому он проникает в шарик и надувает его.   Воздух   в   бутылке   расширяется, Помещаем бутылку под струю холодной воды. 3 Результат: шарик опадает. Объяснение:   воздух,   охлаждаясь,   сжимается   (его   молекулы сближаются) и занимает первоначальное место в бутылке.  Опыт 2. Тепловой фонтан Цель: демонстрация: 1 2 зависимости давления газа от его температуры; работы   по   поднятию   воды,   совершаемой   расширяющимся воздухом. Оборудование:  пластиковая   бутылка   объёмом   1,5   л;  жиклёр   от выработанной   газовой   зажигалки,   установленный   в   бутылочной   крышке; мягкая пластиковая трубка; холодная и тёплая вода, кувшин. Жиклёр   представляет   собой   винт,   вдоль   продольной   оси   которого имеется сквозное отверстие малого диаметра. Ход работы: 1 Мягкую пластиковую трубку плотно надеваем одним концом на жиклёр, открытый конец располагаем около дна бутылки. Наполняем бутылку холодной водой на треть объёма. Герметично закручиваем крышку на бутылке. Бутылку обливаем из кувшина горячей воды. Ведём наблюдение за происходящим процессом. 2 3 4 5 Результат: вода выталкивается наружу в виде фонтана на высоту до 80 см. Объяснение:  заключённый в бутылке воздух быстро прогревается, его давление повышается, и вода выталкивается наружу в виде фонтана на высоту до 80 см. 7 2.2 ­ Раздел «Давление твёрдых, жидких и газообразных тел» Опыт 3. Брызгалка Цель: продемонстрировать закон Паскаля. Оборудование: пластиковая бутылка, шило, кювета. 1. пластиковая бутылка 2. кювета Рисунок 1 – Схема установки опыта «Брызгалка» Ход работы: 1. 2. Возьмём пластиковую бутылку ёмкостью 1,5­2 л.  Сделаем отверстия шилом от дна сосуда на расстоянии 10­15 см в разных местах. Если отверстия небольшие, то при закрытой крышке вода из них не вытекает. 3. 4. Бутылку заполним водой.  Надавим руками на верхнюю часть бутылки. Наблюдаем явление. 5. Результат:   наблюдается   вытекание   воды   из   отверстий   в   виде одинаковых струек. Объяснение:   сила   действует   на   поверхность   воды,   находящейся   в бутылке. По закону Паскаля давление передаётся без изменения в каждую точку   объёма   жидкости.   Закон   нашёл   применение   в   современном   мире. Созданы суперпрессы с давлением свыше 750 000 кПа. Также закон лёг в 8 основу   гидравлического   привода,   который   в   свою   очередь   обусловил появление   гидроавтоматики,   управляющей   современными   реактивными лайнерами,   космическими   кораблями,   станками   с   числовым   программным управлением,   могучими   самосвалами,   горными   комбайнами,   прессами, экскаваторами. Опыт 4. Гидростатическое давление Цель:   показать   зависимость   давления   жидкости   от   высоты   столба жидкости. Оборудование: две пластиковые бутыли, гвоздь, скотч, вода, кювета. 1 – пластиковая бутылка с отверстиями на разной высоте; 2 – кювета. Рисунок 2 ­ Схема установки опыта «Гидростатическое давление» Пластиковая бутылка с отверстиями на одинаковой высоте. Рисунок 3 – Схема установки опыта «Гидростатическое давление» Ход работы: 9 1. С помощью гвоздя сделать вертикальный ряд отверстий на одной бутылке   и   горизонтальный   –   на   другой.   Отверстия   должны   быть   одного размера (d  ≈  5 мм).  Отверстия заклеиваем скотчем. Бутылки заполняем водой. Открываем отверстия, снимаем скотч. Наблюдаем за струйками воды. 2. 3. 4. 5. Результат:   струйки   воды,   выбрасываемые   из   бутылки   с горизонтальными   отверстиями,   будут   одной   длины.   В   бутылке   с вертикальными отверстиями дальше всего выбрасывается вода из нижнего, а ближе всего из верхнего отверстия.  Объяснение:  вода   имеет   вес,   она   давит   на   дно   и   стенки   бутылки. Поэтому она выдавливается из отверстий с определённой силой. Давление жидкости   зависит   от   высоты   столба   жидкости   (чем   больше   высота,   тем больше давление жидкости p= ρ gh).  Опыт 5. Модель фонтана Цель: показать простейшую модель фонтана. Оборудование:   пластиковая   бутылка,   стержень   от   гелиевой   ручки, кювета. 1 – пластиковая бутылка с водой; 2 – кювета; 3 – стержень от гелиевой ручки Г­ образной формы, пластиковая  трубочка для коктейля. 10 Рисунок 4 – Схема установки опыта «Модель фонтана» Ход работы: 1. Подержим над огнем стержень и загнём его буквой Г. 2. 3. В бутылке, ближе к основанию, сделаем отверстие под стержень. Вставим и закрепим стержень так, как показано на рисунке. Нальём в бутылку воды и поставим её в кювету. Пронаблюдаем за струей воды. 4. 5. Результат: наблюдаем образование фонтана воды. Опыт 6. Давление в жидкости Цель: доказать существование давления внутри жидкости. Оборудование:  пластиковые бутылки объёмом 1,5 л и 5 л; резиновая перчатка (плёнка); круглая резинка. Ход работы: 1. Отрезаем дно 1,5 л бутылки. 2. Закрываем дно перчаткой, закрепляем резинкой. 3. Наливаем воду. Результат:   под   действием   воды   «дно»   провисает.   Внутри   жидкости существует давление. Объяснение: давление создаётся водой над резиновой плёнкой. После того, как дно прогнулось, вода приходит в равновесие (останавливается), так как,   кроме   силы   тяжести,   на   воду   действует   сила   упругости   растянутой резины. 4. Поместим бутылку с резиновым дном в 5 л банку, осторожно будем добавлять в неё воду и наблюдать за резиновым дном пластиковой бутылки. Результат:   как   только   уровень   воды   в   бутылке   совпадёт   с   уровнем воды в банке, дно прогибаться не будет. 11 Объяснение: с глубиной погружения давление воды увеличивается. На одном и том же уровне давление воды в банке и бутылке одинаково по всем направлениям, поэтому изгиба дна не будет.  Опыт 7. Атмосферное давление Цель: показать действие атмосферного давления Оборудование:  пластиковая   бутылка   объёмом   1,5   л;   шило;   горячая вода. Ход работы:  1. Сто­двести граммов горячей воды (не кипятка) наливаем в бутылку и несколько   раз   интенсивно   встряхиваем,  прогревая   находящийся   в  бутылке воздух. 2. Воду выливаем, бутылку сразу плотно закрываем крышкой. 3. Бутылку поставим на стол для наблюдения. 4. Ведём наблюдение за движением воды. Результат: Деформация бутылки, сопровождается звуком. Объяснение: в момент закупоривания бутылки давление воздуха в ней было одинаково с наружным атмосферным давлением. Со временем воздух в бутылке остывает и давление внутри неё падает. Возникшая разница давлений по   обе   стороны   стенок   бутылки   приводит   к   её   сдавливанию, сопровождающемуся характерным хрустом. Опыт 8. Рукомойник из пластиковой бутылки Цель: изготовить конструкцию простейшего рукомойника. Оборудование: пластиковая бутылка объёмом 1,5 л; шило. Ход работы: 1 Проколем   раскалённым   шилом   в   днище   бутылки   тонкое отверстие. 12 2 Нальём   в   бутылку   воду   (до   самого   верха   бутылки),   плотно закрутим крышку. Зажмём отверстие пальцем. 3 Результат:  умывальник   готов.   Достаточно   его   подвесить   в   удобном месте отверстием вниз (при закрытой крышке вода выливаться не будет). Для пуска воды достаточно просто чуть приоткрыть крышку. Объяснение: вода из бутылки с закрученной пробкой  выливаться не будет, потому что на неё действует только внутреннее давление в бутылке, создаваемое молекулами воды, а оно мало, для того, чтобы выдавить воду. При откручивании крышки, воздух начинает поступать в бутылку, вытесняя собой   воду,   которая   выливается   через   отверстие   в   дне   бутылки   за   счёт действия атмосферного давления. Опыт 9. Прибор, иллюстрирующий действие клапана в насосе или умывальнике Цель: изготовить прибор, демонстрирующий действие клапана в насосе. Оборудование: пластиковая бутылка объёмом 1,5 л, шарик на стержне или шприц. Вариант 1. Ход работы: 1 Отрезаем дно у пластиковой бутылки, перевернув её горлышком вниз. Изнутри в отверстие вставляем шарик на стержне. Закрепляем установку на штативе. Наливаем в бутылку немного воды. Нажав на стержень, поднимаем его вверх. 2 3 4 5 Вариант 2. Ход работы: 1. Отрезаем дно у пластиковой бутылки, перевернув её горлышком вниз. 2. Отрезаем у шприца часть, удерживающую иглу. 13 3. Закрепляем шприц в пробке.  4 Наливаем в бутылку немного воды. 5 Нажав на поршень, поднимаем его вверх. Результат:  получим   прибор,   демонстрирующий   действие   клапана   в насосе или умывальнике. Опыт 10. Воздух поднимает воду Цель: демонстрация давления воздуха. Оборудование:  пластиковая   бутылка   объёмом   1,5   л;   ёмкость   (5   л бутыль), ножницы, вода. Ход работы: 1 Отрезаем   часть   бутылки   с   горлышком,   нам   потребуется оставшаяся часть. 2 вверх. 3 Опускаем  часть  бутылки  в  воду и опрокидываем   её  донышком Поднимаем   бутылку,   но   так,   чтобы   её   края   не   достигали поверхности воды в ёмкости. Результат:  вода   в   опрокинутой   части   бутылки   поднимается   выше уровня воды в ёмкости. Объяснение:   воздух   давит   на   все   поверхности,   с   которыми   он соприкасается. Давление воздуха на поверхность воды в ёмкости вталкивает воду в бутылку. Если «оторвать» бутылку от поверхности воды, в неё начнёт поступать воздух. Давление выровняется, и бутылка опустеет.  Опыт 11. Модель работы лёгких Цель: демонстрация работы лёгких Оборудование: пластиковая бутылка, резинка (скотч), использованная перчатка (резина от воздушного шарика), воздушный шарик. Ход работы: 14 1 2 Отрезаем дно у пластиковой бутылки.  Натягиваем на горлышко воздушный шарик и проталкиваем его внутрь бутылки. 3 Отрезанную часть бутылки затягиваем перчаткой или плёнкой от другого воздушного шарика. Закрепляем скотчем.  4 При   оттягивании   перчатки   объём   воздуха   внутри   бутылки увеличивается,   давление   уменьшается   ­   становится   меньше   атмосферного: шарик раздувается.  5 При   надавливании   на   нижнюю   плёнку   объём   в   бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сжимается. Периодически повторяя движения, наблюдают «работу лёгких». 6 Объяснение: Резиновая  плёнка  имитирует  диафрагму,  воздушный  шарик  – лёгкие. Диафрагма опускается – вдох, диафрагма поднимается – выдох. Опыт 12. «Кипение» холодной воды Цель: создание условий для «кипения» холодной воды Оборудование: Плотный носовой платок, стакан воды, аптечная  резинка. Рисунок 6 ­ Схема установки Ход работы: 1 2 Намочим и выжмем носовой платок.  Нальём полный стакан холодной воды. Накроем его платком и закрепим платок на стакане аптечной резинкой.  15 3 Продавим  пальцем   середину   платка   так,   чтобы   он   на   2­3   см погрузился в воду.  4 5 Перевернём стакан над раковиной вверх дном.  Одной рукой удерживаем стакан, другой слегка ударяем по его дну.  Результат: вода в стакане начинает бурлить («кипеть»)! Объяснение: мокрый платок не пропускает воду. При ударе по стакану, на время, в нём понижается давление, и воздух через носовой платок начинает поступать   в   воду,   всасываясь   в   область   пониженного   давления.   Пузырьки воздуха создают впечатление, что вода «кипит». Опыт 13. Водолазный колокол Цель: демонстрация прибора, называемого «Водолазный колокол» Оборудование:  пластиковая бутылка объёмом 1,5 л; шарик для пинг­ понга;   лист   кальки;   прозрачная   ёмкость   (пластиковая   5   л   бутыль), наполненная водой до уровня выше части пластиковой бутылки; ножницы. Ход работы: 1 Отрезаем   часть   бутылки   с   горлышком,   нам   потребуется оставшаяся часть. 2 Положим лист кальки на дно полученной ёмкости, чтобы он не двигался. 3 4 Разместим шарик на поверхности воды. Опрокинув часть бутылки, накроем шарик и отпустим его, на дно ёмкости. Результат: вода не проникла в бутылку, и шарик остался лежать на дне ёмкости почти на сухом месте. Объяснение:   воздух,   находящийся   в   бутылке,   не   позволяет   воде проникнуть   внутрь   и   намочить   кальку.  В  этом   можно   убедиться,  вытащив бутылку из воды: калька остаётся сухой. 16 Снова опустим бутылку с шариком и калькой в воду. Когда бутылка коснётся дна, наклоним её. 5 6 Результат: из бутылки выходят пузыри, поднимаются на поверхность и лопаются.   Вода   проникает   в   бутылку,   шарик   поднимается   вверх,   калька намокает. Объяснение:   воздух,   наполнявший   бутылку,   выходит   из   неё, поднимается вверх, а вода занимает его место.  Опыт 14. Сообщающиеся сосуды Цель:  показать   расположение   поверхности   однородной   жидкости   в сообщающихся сосудах на одном уровне. Оборудование: нижние части от пластиковых бутылок разных сечений, резиновые трубки. 1­ две или три пластиковые бутылки; 2­ резиновая трубка. Рисунок 7 ­ Схема установки сообщающихся сосудов Ход работы: 1. 2. Отрежем нижние части пластиковых бутылок, высотой 15­20 см. Соединим части между собой резиновыми трубками. Нальём в один из получившихся сосудов воду. Пронаблюдаем за поведением поверхности воды в сосудах. 3. 4. Результат: уровни воды в сосудах оказались на одном уровне. Опыт 15. Картезианский водолаз 17 Цель: демонстрация плавания тел. Оборудование:  пластиковая   бутылка,   пузырёк   из­под   лекарства   или пипетка, резиновая перчатка, резинка. Ход работы: 1.   Отрежем   верхнюю   часть   бутылки   с   горлышком,   нам   потребуется нижняя часть.  2. Наполним бутылку водой, оставив 2­3 мл до края. 3. Закроем сосуд перчаткой, закрепив резинкой. 4. Нальём немного воды в пузырёк, помещаем его в воду. 5.   Нажимаем   на   боковые   стороны   бутылки,   пузырёк   пойдёт   на   дно бутылки. Ослабьте давление пальцев ­ он всплывёт. Можно, регулируя силу нажатия на бутылку, заставить пузырёк «зависнуть» на одном уровне. Результат: наблюдение плавание пузырька. Объяснение:  если   сила   тяжести   больше   архимедовой   силы,   то   тело будет опускаться на дно, тонуть. Если сила тяжести равна архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, т.е. тело плавает.   Если   сила   тяжести   меньше   архимедовой   силы,   то   тело   будет подниматься из жидкости, всплывать.  2.3. ­ Раздел «Механика» Опыт 16. Торнадо в бутылке Цель: посадить в бутылку «торнадо» Оборудование:  Две   пластиковые   бутылки   объёмом   1­1,5   л;   кювета; секундомер;   металлическая   шайба   (с   диаметром   отверстия   около   1   см); клейкая лента (скотч). Вариант 1 Ход работы: 18 1 Наполним   бутылку   доверху   водой   и   перевернём   над   кюветой. Измерим время вытекания воды из бутылки.  2 Перевернём   бутылку,   сделав   несколько   быстрых   круговых движений бутылки относительно вертикальной оси, так чтобы вода в сосуде приобрела вращательное движение.  3 Перевернём   бутылку   с   крутящейся   водой,   измерим   время. Сравним время вытекания жидкости в первом и втором случае.  Результат: в возникшем вихре вода перемещается в кювету за меньшее время. Объяснение:  Перемещению   воды   из   сосуда   наружу   мешает   воздух. Струя   воды   периодически   прерывается   воздушными   пузырями.   Если   же закрутить   воду,   то   образуется   водяная   воронка,   в   которой   воздух беспрепятственно   перемещается   по   центру   снизу­вверх,   а   вода   стекает   по краям.  Вариант 2 Ход работы: 1 2 Наполним первую бутылку водой. Воду можно подкрасить.  На горлышко бутылки с водой положим металлическую шайбу. Если шайбы нет, то в пробках можно пробить отверстия 15 мм.  Рисунок 8 – Схема установки 3 На   шайбу   поставим   горлышком   вторую   (пустую)   перевёрнутую бутылку.  19 4 Надёжно   скрепим   место   соединения   бутылок   клейкой   лентой, можно футляром от фотоплёнки.  5 Наблюдаем рукотворное торнадо.  Опыт 17. Закон Бернулли Цель: познакомиться с законом Бернулли Оборудование: пластмассовый шарик, пластиковая бутылка, ножницы. Ход работы: 1 Сделаем из бутылки коническое горлышко – оно будет служить воронкой. 2 Поместим шарик в воронку и попробуем его выдуть. Если нет лёгкого пластмассового шарика, можно сделать бумажный.  Результат:  шарик   невозможно   выдуть   из   воронки,   он   будет   только вращаться. Объяснение:  по   закону   Бернулли   давление   в   струе   воздуха   меньше атмосферного, поэтому колпачок прижимается к воронке. Ход работы: 3 Перевернём воронку широкой частью вниз. Поместим мячик под воронку.  Дунем в узкий конец воронки.  4 Результат: Шарик движется в воронке. Объяснение: Чем быстрее мимо шарика проходит воздух, тем меньше давления он оказывает на шар. Давление воздуха над телом гораздо меньше, чем   под   ним,   поэтому   мячик   поддерживается   находящимся   под   ним воздухом.  Так благодаря давлению движущегося воздуха крылья самолёта как бы   Благодаря   форме   крыла   воздух   быстрее подталкиваются   вверх. 20 передвигается   над   его   верхней   поверхностью,   чем   под   нижней.   Поэтому возникает сила, которая толкает самолёт вверх ­ подъёмная сила. Опыт № 18 Свеча за бутылкой Цель: демонстрация гашения свечи через препятствие.  Оборудование: свеча, бутылка, спички. Ход работы: 1 Поставим зажжённую свечу позади бутылки, а сами встанем так, чтобы голова находилась на 20­30 см от бутылки. Подуем, свеча погаснет, как будто перед свечой нет преграды. 2 Результат: Свеча гаснет. Объяснение:  свеча   гаснет   потому,   воздушные   струи,   огибающие бутылку, встречают за ней более разреженное пространство и, устремляясь в него, дают вместе направленную сильную струю, гасящую пламя.  Опыт 19. Почему не гаснет свеча Цель: выяснение причин горения и затухания свечи  Оборудование: свеча, воронка, спички. Ход работы: 1 2 Результат: свеча не гаснет, а наоборот, пламя свечи поворачивается в Возьмём пластиковую воронку. Подуем на свечу. сторону наиболее сильного воздушного потока. Объяснение:  если   дуть   так,  чтобы   ось   воронки   прошла   через   центр пламени, то воздушная струя в воронке растекается вдоль её стенок – закон Бернулли и не действует на пламя свечи. 21 Если разместить воронку так, чтобы пламя пришлось на продолжение линии широкого края воронки, свечу легко задуть очень. Пламя при этом отклонится вперёд и загаснет. Объяснение: воздушная струя в воронке растекается вдоль её стенок, а стенка   воронки   находится   на   продолжении   линии   пламени,   поэтому воздушный поток, идущий от нас погасит свечу.  Опыт 20. Закон Бернулли Водоворот (закон Бернулли) Ход работы: 1 Возьмём   две   пластиковые   бутылки   с   крышками   и   футляр   от фотоплёнки.  2 Отрежем донышко от футляра. В крышках проделаем отверстия диаметром 15 мм.  3 4 Одну бутылку на одну треть заполним водой.  Закроем бутылки крышками и соединим их с помощью футляра от фотоплёнки.  5 Поставим   бутылки   вертикально   так,   чтобы   бутылка   с   водой оказалась сверху, – вода будет вытекать, образуя водоворот. Картина будет зрелищной, если воду подкрасить и взять двухлитровые бутылки. Если водоворот не получается сразу необходимо крутануть верхнюю бутылку. Опыт 21. Автоколебания Цель: изготовить прибор, демонстрирующий колебания жидких тел. Оборудование:  22 2 пластиковых бутылки объёмом 1,5 л; стеклянная трубка длиной 10­15 см;  внутренним   диаметром   4­5   мл;  шило;   клей   (скотч   или   футляр   от фотоплёнки с отрезанным дном). Ход работы: 1 2 Пробиваем отверстия в пробках бутылок. Скрепляем   крышки   с   помощью   клея   (скотча   или   футляра   от фотоплёнки). 3 Полости   бутылок   соединяем   стеклянной   трубкой,   проходящей через пробки так, как показано на рисунке.  4 Бутылку,   наполненную   на   1/3   её   объёма   водой,   устанавливаем Ведём наблюдение за движением воды. сверху.  5 Результат:  начнутся   автоколебания.   А   именно,   вода   из   верхней бутылки начинает сразу вытекать через трубку в нижнюю бутылку, примерно через  секунду  струя  самопроизвольно перестаёт  течь и уступает проход  в трубке для встречного продвижения  порции воздуха из нижней бутылки в верхнюю.  Объяснение: первоначально давление в верхней бутылке больше, чем в нижней, поэтому вода в трубке вытекает. Когда оно становится больше, вода перестаёт   вытекать,   а   воздух   устремляется   вверх   по   трубке.   Его   масса, следовательно, и давление в верхней бутылке увеличивается. Новая порция воды   поступает   в   нижнюю   бутылку,   и   всё   повторяется.   С   увеличением количества   жидкости   в   нижней   бутылке   уменьшается   объём   воздуха,   т.е. увеличивается   давление.   Таким   образом,   порядок   прохождения   встречных потоков воды и воздуха через соединительную трубку определяется разницей давлений в верхней и нижней бутылках и регулируется автоматически. О колебаниях давления в системе свидетельствует поведение боковых стенок верхней бутылки, которые в такт с выпуском воды и впуском воздуха периодически   сдавливаются   и   расширяются.   Поскольку   процесс   само 23 регулируется,   эту   аэрогидродинамическую   систему   можно   назвать автоколебательной. Опыт 22. Реактивное движение Цель: демонстрация реактивного движения. Оборудование: пластиковая бутылка, пробка, пакетик от чая, скрепка, скотч, 4 листа бумаги форматом А4, сода, уксусная кислота, вода, воронка. Ход работы: 1 Из   бумаги   изготовим   4   опорных   стержня   будущей   ракеты,   с помощью скотча закрепим их на бутылке со стороны горлышка. 2 В   бутылку   нальём   четверть   воды,   добавим   уксусную   кислоту, увеличив   объём   до   одной   трети.   Если   залить   меньше,   то   ракета   может взлететь не очень высоко из­за небольшой реактивной тяги, а если больше, то опять же высота взлёта будет небольшой, но уже по причине повышенного веса ракеты и меньшего количества сжатого воздуха. 3 Пакетик   из­под   чая   заполним   содой.   С   помощью   скрепки соединим пакетик с пробкой.  4 На открытой площадке закроем бутылку пробкой, предварительно поместив в неё пакетик с содой. Перевернём бутылку. Отойдём метров на 10. Наблюдаем за полётом ракеты. 5 6 7 Результат: через 1­2 минуты ракета стартует на высоту 3­4 этажа. Объяснение: Движение ракеты обеспечивается за счёт истекающей из «сопла» струи, результата реакции соды с уксусом, которая как бы толкает тело в направлении, противоположенном направлению движения струи. Этот эффект легко наблюдать, если надуть шарик, а затем, не завязывая, отпустить его. Итак, в основе конструкции ракеты из бутылки лежит та же сила, которая помогает выводить в космос настоящие ракеты – реактивная тяга.  24 Опыт 23. Водяной двигатель Цель: демонстрация работы водяного двигателя. Оборудование: пластиковая бутылка, шило, шпагат, раковина. Ход работы:  1 Гвоздём сделаем отверстия у основания бутылки по всей длине окружности по часовой стрелке (против часовой стрелки). 2 По верхнему краю бутылки сделаем ещё два отверстия, протянем через них два коротких отрезка шпагата, свяжем в узел. Привязав к нему кусок длинного шпагата, подвесим над раковиной. Нальём воду в бутылку. 3 Результат:  бутылка   вращается   в   направлении   противоположном   от выхода воды через трубки. Объяснение:   вода,   выходящая   из   отверстий,   толкает   их   в   обратном направлении. Такое движение называется реактивным. Опыт 24. Невесомость Цель: демонстрация невесомости. Оборудование:  пластиковая   бутылка,   шило,   шнур,   подкрашенная жидкость, скотч. Ход работы: 1 Отрежем   горловину   бутыки.   Пробьём   два   отверстия   по   краям сбоку, закрепим шнур. Сделаем отверстия в дне бутылки, заклеим скотчем. Нальём подкрашенную воду в бутылку. Удерживая бутылку, снимем скотч. 2 3 Результат: из бутылки вытекает вода.  Объяснение:  на   любое   тело,   находящееся   на   Земле   либо   вблизи поверхности действует сила тяжести, которая направлена к центру планеты. Под действие силы тяжести жидкость вытекает. 25 Выпустим бутылку из рук.  4 Результат: вода из бутылки не вытекает.  Объяснение:  тело,   лишенное   в   земных   условиях   своей   опоры   или подвеса, пребывает в невесомости. Невесомость ­ это состояние тела, при котором  отсутствует   взаимное  давление  составляющих  его  частиц  друг  на друга. Пока   бутылка   находиться   в   руках,   на   придонный   слой   воды   давит тяжесть   расположенного   над   ним   водяного   столба.   Это   давление   и выталкивает   воду   наружу   (через   отверстие)   в   виде   струи.   При   свободном полёте бутылки вверх вода не давит на дно, поскольку двигающаяся вверх вода как бы стремится оторваться от него. Во второй половине полёта ­ на участке свободного падения, дно, проваливаясь вниз, «избегает» воздействия находящейся над ним воды.  Опыт 25. Перегрузка Цель: демонстрация перегрузки. Оборудование: пластиковая бутылка, шило, подкрашенная жидкость, скотч. Ход работы: 1. В боку бутылки около дна делаем отверстие диаметром 3­4 мл. 2. Бутылку заполняем водой и закрываем крышкой. 3. При плотно завёрнутой крышке вода из отверстия не вытекает, из неподвижной бутылки вода не течёт потому, что гидростатическое давление на уровне отверстия уравновешено наружным атмосферным давлением.  4. Удерживая бутылку за крышку, резко поднимаем её вверх. Результат:   во   время   подъёма   из   отверстия   появляется   струя,   тем сильнее, чем с большим ускорением осуществляется подъём.   Зафиксировав 26 бутылку   в   верхнем   положении,   её   плавно   опускают   вниз,   в   исходное состояние. В конце этого движения струя появляется вновь.   Объяснение: при резком движении вниз бутылка с водой  движется с ускорением, превышающим ускорение свободного падения  g  = 9,8 м/с2, при этом  частицы   вещества   оказывают   друг   на   друга  повышенное   взаимное давление. Наступает явление перегрузки. 2.4. ­ Раздел «Оптика» Опыт 26. Светящаяся струя Цель: демонстрация явления внутреннего отражения. Оборудование:  пластиковая   бутылка;   прозрачная   гибкая   трубка; ёмкость;   пластилин   скотч;   кусок   плотной   тёмной   ткани;   вода;   ножницы; фонарик.   Ход работы: Наполним бутылку водой. Сделаем в пробке отверстие и вставим трубку. Залепим место входа трубки. Скотчем приклеим фонарик к дну бутылки, включим его. Обернём всё тёмной тканью, оставив снаружи только трубку. В   тёмной   комнате   надавим   на   бутылку,   чтобы   получить   постоянно текущую струйку воды (делать это над ёмкостью).  Результат: из трубки вытекает светящаяся струйка воды. Объяснение: световой луч повторяет путь воды в изогнутой трубке. Внутри   трубки   лучи   не   делают   поворотов.   Они   постоянно   отражаются   от стенок и движутся зигзагообразно. Свет может проходить внутри изогнутой трубки по ломаной линии, каждый отрезок которой остаётся прямым. Это 27 явление   называется   полным   внутренним   отражением,   используется   в волоконной оптике.  28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Наблюдать   за   опытом   проводимым   учителем,   интересно.   Проводить эксперименты   с   приборами,   сделанными   и   сконструированными   своими руками, интереснее вдвойне. В таких опытах легко установить взаимосвязь теории и практики.  Представленные в методическом пособии опыты безопасны, просты и полезны.  29