Учебный проект "Опыты с пластиковыми бутылками"

Государственное бюджетное образовательное учреждение Пермского края «Школа­интернат для детей с нарушением зрения» ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАСТИКОВЫХ БУТЫЛОК В ОПЫТАХ ПО ФИЗИКЕ                                                                    Выполнили: учащиеся 8 класса  Кондратьев Данил, Любровский Данил Руководитель: М.А. Гостева  учитель физики Пермь, 2017г. ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................3 ГЛАВА 1. РОЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТА В НАУЧНОМ И УЧЕБНОМ ПОЗНАНИИ................5 ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ПЛАСТИКОВОЙ БУТЫЛКИ.................................9 ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИКОВОЙ БУТЫЛКИ...........11 ГЛАВА 4. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ОПЫТОВ ПО ТЕМАМ..............................................15 ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАСТИКОВЫХ БУТЫЛОК В ОПЫТАХ ПО ФИЗИКЕ ..............................................................................................................................17 5.1.- Раздел «Молекулярная физика»...................................................................17 5.2. - Раздел «Давление твёрдых, жидких и газообразных тел»........................21 Опыт 3. Брызгалка..............................................................................................21 Опыт 4. Гидростатическое давление.................................................................23 Опыт 9. Прибор, иллюстрирующий действие клапана в насосе или умывальнике........................................................................................................30 5.3. - Раздел «Механика».......................................................................................39 5.4. - Раздел «Оптика»...........................................................................................56 Вывод: в ходе работы мы провели опыты по разным темам физики, создали самодельные приборы...........................................................................................57 ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................58 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................................59 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. На уроках физики мы знакомимся с множеством удивительных явлений природы,   узнаём   её   законы.   Многие   опыты   можно   проводить   с использованием   простых   бытовых   предметов,   имеющихся   в   каждом   доме: например, пластиковых бутылок. Постановка   опытов   ­   увлекательнейшее   занятие.   Нам   захотелось провести самостоятельно эксперименты по некоторым темам курса «Физика». 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,   опережая школьную программу, а также приобретать и совершенствовать технические навыки с инструментами и приборами, что всегда пригодится в жизни.  Цель   работы:   изготовить   приборы,   установки   по   физике   для демонстрации   некоторых   физических   явлений,   используя пластиковые   бутылки,   объяснить   принцип   действия   каждого   прибора   и   законов, продемонстрировать его работу. Задачи: 3 1. 2. Изучить научно­популярную литературу и Интернет­источники. Провести анализ известных опытов по физике и выделить из них те, где можно использовать пластиковые бутылки. 3. 4. Изготовить установки для проведения опытов. Составить   систему   доступных   и   простых   опытов   с использованием пластиковой бутылки. Полученные результаты объединить в сборник. 5. В настоящее время материально­техническая база в школах значительно ослабла, имеющееся оборудование морально устарело, а приобретение нового требует дополнительных затрат. Значимость нашей работы состоит в том, что опыты с применением пластиковых бутылок становятся доступны, помогают формировать   некоторые   понятия   при   изучении   физики,   способствуют лучшему пониманию и восприятию физических явлений и законов. В   нашей   работе   представлены   опыты   для   демонстрации   на   уроках физики и внеурочной деятельности. Разработанные опыты можно показывать, как на уроке при изучении теории, так и предлагать в качестве домашних заданий учащимся. Предложенные   установки   являются   универсальными,   одна   установка может быть использована для проведения нескольких опытов. 4 ГЛАВА 1. РОЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТА В НАУЧНОМ И УЧЕБНОМ ПОЗНАНИИ Основоположник   отечественной   науки   М.В.   Ломоносов   отмечал: «Опыт ценнее тысячи мнений, рождённых воображением», а академик Л.Д. Ландау говорил: «Опыт – верховный судья теории». Под   экспериментом   понимают   научно   поставленный   опыт,   то   есть наблюдение исследуемого явления в учитываемых условиях, позволяющих следить за его ходом и воссоздавать его каждый раз при повторении тех же условий. Экспериментальный   метод   даёт   возможность   установить   причинно­ следственные   связи   между   явлениями,   а   также   между   величинами, характеризующими свойства тел и явлений. Академик С.В. Вавилов указывал на двойную роль эксперимента:  1 Эксперимент   доказывает   или   отвергает   какие­либо теоретические предположения. 2 Эксперимент   может   стать   предпосылкой   новой   теории   или гипотезы, которая должна быть подтверждена новыми экспериментами. Обе стороны эксперимента неразрывно связаны. В соответствии с целями и задачами исследования эксперимент может   количественным   или   качественным;   иллюстративным, быть демонстрационным, исследовательским; техническим или научным. Элементами   экспериментального   метода   исследования   в   научном познании   являются   наблюдение,   сравнение,   измерение   и   собственно   сам эксперимент. Как   метод   исследования   эксперимент   имеет  свои   сильные   и  слабые стороны.   Сильная   сторона   эксперимента   заключается   в   том,   что   он позволяет   получить   явления   в   «чистом   виде»,   исключать   влияния   на 5 изучаемые   явления   побочных   факторов,   изучать   его   в   разных   условиях, останавливать   исследуемый   процесс   на   любой   стадии   и   повторять   любое число   раз,   изучать   предмет   с   большой   тщательностью,   расчленять   его   на отдельные части и выделять интересующие нас стороны. Этим достигается глубина исследования сущности явлений и законов природы,   повышается   доказательность   выводов,   которые   могут   быть сделаны на основе эксперимента. Эксперимент   составляет   важную   сторону   практики.   С   его   помощью наука в состоянии не только объяснить явления материального мира, но и использовать для жизни. Поэтому эксперимент является одним из главных средств   связи   науки   с   производством.   Эксперимент   является   средством исследования   и   изобретения   новых   приборов,   машин,   материалов   и процессов   промышленной   техники.   Он   является   важнейшим   средством проверки   годности   технических   проектов   и   усовершенствования технологических процессов. Для современного специалиста любой отрасли важное значение имеет владение методикой эксперимента. Ниже представлен план деятельности по выполнению эксперимента: 1. 2. Уяснение цели эксперимента. Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента. 3. Выяснение условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента. 4.     Планирование эксперимента, включающего ответ на вопросы: какие наблюдения провести; какие величины измерить; приборы и материалы, необходимые для проведения опытов; ход опытов и последовательность их выполнения: 6  5. 6. 7. выбор формы записи результатов эксперимента. Отбор необходимых приборов и материалов. Сбор установки, электрической цепи. Проведение опыта, сопровождаемое наблюдениями, измерениями и записью их результатов.  8. 9. Математическая обработка результатов измерений. Анализ   результатов   эксперимента,   формулировка   выводов   (в словесной, знаковой или графической форме). К   основным   требованиям   к   школьному   физическому   эксперименту относят: 1 наглядность; 2 3 4 5 6 7 кратковременность опыта; выразительность и эмоциональность; занимательность; надёжность опыта; убедительность опыта; соответствие правилам безопасности. Обучение   физике   нельзя   представить   только   в   виде   теоретических занятий,   даже   если   учитель   на   занятиях   показываются   демонстрационные физические опыты. Ко всем видам чувственного восприятия надо обязательно добавить на занятиях «работу руками», особенно это актуально для нашей школы.  Опыты   в   физике   могут   не   только   иллюстрировать   различные физические   процессы,   но   и   стимулировать   познавательную   активность   и желание учиться.  Вывод: без эксперимента нет, и не может быть, физики. В нашей работе   демонстрационным  иллюстративным, мы   отдаём   предпочтение экспериментам.  7 8 ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ПЛАСТИКОВОЙ БУТЫЛКИ Пластиковые   бутылки   великое   достижение   человечества.   Огромный путь проделан от сосудов из тыквы и бараньих бурдюков до пластиковых бутылок. Рисунок 1 – История появления пластиковых бутылок Бутылка ­ ёмкость для долговременного хранения жидкостей, высокий сосуд преимущественно цилиндрической формы с узким горлом, удобным для закупоривания  пробкой. Изготавливается преимущественно из  стекла, реже встречаются бутылки из керамики, металла и других материалов.  В современном мире уже никого не удивляет вид пластиковой бутылки. Появилась пластиковая бутылка менее 50 лет назад ­ на рынке США в 1970 году. Пластиковые   бутылки   производятся   из   полиэтилентерефталатата, который был изобретён в начале 40­ых годов  XX  века в Англии. В течение двадцати   лет   полиэтилентерефталат   использовался   для   производства текстильных волокон. Затем из него стали производить упаковочную плёнку. Вначале 70­х компания «DuPont» решила использовать данный материал для 9 изготовления   бутылок,   в   которые   предполагалось   разливать   различные напитки. Появившиеся   бутылки   сразу   привлекли   крупные   корпорации:   «Кока­ Кола»   и   «Пепси».   Вскоре   практически   все   производители   газированных   и негазированных напитков перешли на их разлив в бутылки из пластика.  Первый   завод   по   производству   лимонада   в   пластиковых   бутылках   в СССР открыла компания «ПепсиКо» в 1974 году в Новороссийске. Первая пластиковая бутылка весила 135 граммов. Сейчас она весит 69 граммов (на 51% меньше).  Преимущество пластиковых бутылок заключается в том, что они, имеют больший   объём   по   сравнению   со   стеклянными,   более   безопасны   за   счёт упругости и удобны в использовании. В наше  время пластиковые  бутылки используют   не   только   производители   напитков,   но   и   косметические   и парфюмерные фабрики. Вывод:  пластиковые  бутылки  прочно  вошли   в  нашу  жизнь,  являются альтернативой стеклянным бутылкам. 10 ГЛАВА 3. ФИЗИКО­ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИКОВОЙ БУТЫЛКИ Пустые   пластиковые   бутылки   ­   прекрасный   исходный   материал, который можно использовать для проведения физических экспериментов, так как они имеют разную форму и объём (от 0,5 до 10 л), прозрачны и прочны, легко   деформируются   режутся   ножницами   и   прокалываются   шилом, герметично   закрываются   своими   крышками   и   пробками   с   патрубками   от бутылок с моющими средствами. При наличии определённых навыков можно сделать пластик податливым, что позволяет создавать на его основе «детали» для будущих опытов. Бутылки из пластика доступны всем, и опыты с ними не требуют никаких материальных затрат. Рисунок 2 – Образец пластиковых бутылок  Физические свойства. Исходным   веществом   для   пластиковых   бутылок   служит  аморфный полиэтилентерефталат  –   твёрдый   прозрачный   с   серовато­желтоватым оттенком   полимер.   Полиэтилентерефталат   прочный,   жёсткий   и   лёгкий   Рассмотрим   подробнее   некоторые   физические   свойства материал. полиэтилентерефталата (ПЭТ). 11 ПЭТ отличается низким коэффициентом трения, что увеличивает его износостойкость, позволяя использовать длительное время. Полимер   обладает   низкой   гигроскопичностью   (влагопоглощение  Гигроскопичность   ­   способность   материалов   или составляет   0,3­0,5%). веществ поглощать влагу из окружающей среды, что позволяет использовать воду при проведении эксперимента. Материал аморфного полиэтилентерефталата: 1330 кг/м3  или 1,33 г/см3, означает, что масса 1 м3 сравнительно     плотность  лёгкий,   полиэтилентерефталат составляет 1330 кг или масса 1 см3 равна 1,33 г. изделий   диапазон температур рабочих Общий         из полиэтилентерефталата от ­60 до 170 °C, что даёт возможность пускать их в дело в любое время года.  Температура плавления: 250­265 °С, разложения: 350 °С. Предел прочности ПЭТ при растяжении составляет 172 МПа.  Предел прочности  определяется   максимально   допустимой   деформацией,   после которой происходит разрушение материала. Для сравнения предел прочности некоторых веществ: полиакрилат (оргстекло) – 50 МПа; стеклопластик от 220 до 350 МПа; у некоторых марок стали от  320 до 410  МПа. Следовательно, данный материал устойчив к деформациям. Ударная прочность полиэтилентерефталата в 10 раз больше оргстекла. Ударная   прочность  –   способность   материала   сопротивляться  ударным воздействиям   (динамическим   нагрузкам).   Значит   не   страшно   использовать полимер, при падении не разобьётся.  ПЭТ   обладает   высокой   прозрачностью   –   до   80­90%,   как   прозрачное оргстекло   (акрил)   и   поликарбонат,   что   позволяет   использовать   изделия, имитирующие стеклянные.  Показатель   преломления   полиэтилентерефталата   принимает   значения  Показатель   преломления   ­   отвлечённое   число, от   1,58   до   1,64. 12 характеризующее меру оптической плотности среды. Для сравнения стекло имеет показатель преломления от 1,47 до 2,04. Таким образом, оптическая плотность стекла и ПЭТ практически совпадают.  Полиэтилентерефталат – хороший диэлектрик, электрические свойства  полимера при температурах до 180°С даже в присутствии влаги изменяются  незначительно.  Химические свойства. Химические   свойства   характеризуют   способность   материалов реагировать   на   внешние   воздействия,   ведущие   к   изменению   химической структуры   материала,   а   также   способность   воздействовать   на   другие материалы. Полиэтилентерефталат   имеет   высокую   химическую   стойкость   к бензину, маслам, жирам, спиртам, эфиру, разбавленным кислотам и щелочам. Полиэтилентерефталат   не   растворим   в   воде   и   многих   органических растворителях.  Неустойчив к кетонам, сильным кислотам и щелочам, например, ацетон, горячая   вода   (выше   +600С),   концентрированная   уксусная   кислота,   10% водный раствор щёлочи калия. Имеет повышенную устойчивость к действию водяного пара.  Из химических свойств полиэтилентерефталата стоит особо отметить его   физиологическую   инертность,   позволяющую   материалу   напрямую контактировать с пищевыми и фармакологическими продуктами, отличную сопротивляемостью окрашиванию, устойчивость к действию многочисленных моющих средств, высокую устойчивость к воздействию кислот и вместе с тем лёгкую склеиваемость.  Вывод:   полиэтилентерефталат   обладает   высокой   механической прочностью и ударостойкостью, устойчивостью к истиранию и многократным деформациям   при   растяжении   и   изгибе.   Сохраняет   свои   высокие 13 ударостойкие и прочностные характеристики в рабочем диапазоне температур от –40° С до +60° С. Отличается высокой стойкостью к химикатам. Таким образом,   пластиковые   бутылки  открывают   большие   возможности   для проведения и демонстрации физических явлений. Кроме того, давая «вторую жизнь» пластиковым бутылкам, мы уменьшаем количество мусора на нашей планете. 14 ГЛАВА 4. 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   работе   сделана   попытка   систематизировать   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 15 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 Вывод:   в   главе   сделана   попытка   систематизировать   опыты   по следующим   разделам   физики:   «Молекулярная   физика.   Давление   твёрдых, жидких и газообразных тел. Механика. Оптика». 16 ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАСТИКОВЫХ БУТЫЛОК В ОПЫТАХ ПО ФИЗИКЕ 5.1. ­ 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. 17 Рисунок 3 – Деформация бутылки 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 увеличивается.   ему   требуется   Воздух   в   бутылке   расширяется, дополнительное пространство. Поэтому он проникает в шарик и надувает его. Помещаем бутылку под струю холодной воды. 3 Результат: шарик опадает. Объяснение:   воздух,   охлаждаясь,   сжимается   (его   молекулы сближаются) и занимает первоначальное место в бутылке.  Дополнительная информация:  на баллончиках­распылителях можно прочесть: «Не допускать воздействия солнечных лучей и нагрева выше 500 С». Проделав данные опыты, это предупреждение становится очевидным. Сжатый газ в баллончике при нагревании расширяется, баллончик может взорваться. Осторожно с баллончиками­распылителями. Опыт 2. Тепловой фонтан Цель: демонстрация: 1 2 зависимости давления газа от его температуры; работы   по   поднятию   воды,   совершаемой   расширяющимся воздухом. 18 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. Рисунок – 4 Тепловой фонтан Дополнительная   информация:  огонь   Герона   Александрийского. Каждое утро, священники храма, зажигали жертвенный огонь на алтаре. Когда огонь разгорался, то «по воле богов древней Греции», двери раскрывались от неведомой силы. Вечером священники тушили огонь, и двери закрывались. Ничто, кроме огня на алтаре не могло открыть двери в храм. Древние греки, 19 воспринимали это как великое чудо, и от этого вера в богов становилась лишь сильнее.  Принцип   действия   этого   чуда,   описан   в   книге   великого   учёного древней   Греции   Герона   Александрийского.   Двери   храма,   крепились   не   на обычных петлях, а на круглых опорах, уходивших под пол храма. Вокруг опор была намотана верёвка, потянув за которую можно было открыть двери. Для автоматического   закрывания   дверей,   в   конструкции   использовался противовес.  Для   открывания   двери,   было   использовано   свойство   воздуха расширяться   при   нагревании.   Алтарь   выполнялся   герметичным,   и   при нагревании, тёплый воздух выходил из алтаря по специальной трубе. По этой трубе,   воздух   поступал   в   сосуд,   наполненный   водой.   Давление   горячего воздуха, вытесняло воду из сосуда. Вода, через изогнутую трубку наполняла ведро, привязанное к системе открывания дверей. Ведро, наполненное водой, тянуло   верёвку,   и   двери,   по   велению   великих   богов   древней   Греции, открывались.  Рисунок 5 – Геронов огонь  Вечером, когда жрецы переставали поддерживать огонь, воздух внутри алтаря начинал остывать. В алтаре и верхней части сосуда с водой, создавался слабый   вакуум,   и   вода   из   ведра,   под   действием   атмосферного   давления 20 направлялась   обратно   в   сосуд.   Ведро   становилось   легче,   и   противовес закрывал двери.  Механизм, описанный Героном, является одной из первых в истории техники   тепловых   машин.   Фактически   это   водяной   насос.   Но   крайне необычный водяной насос. В этой конструкции рабочим телом служит не вода или пар, а воздух.   5.2. ­ 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 6 – 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. 21 Наблюдаем явление. 5. Результат:   наблюдается   вытекание   воды   из   отверстий   в   виде одинаковых струек. Рисунок 7 – Закон Паскаля 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 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. Дополнительная   информация: ­  французский математик,   механик,   физик,   литератор   и   философ.   Классик   французской литературы,   один   из   основателей   математического   анализа,   теории  Блез   Паскаль  вероятностей и проективной геометрии, создатель первых образцов счётной техники,   автор   основного   закона   гидростатики.   В   честь   Б.   Паскаля   была названа единица измерения давления ­ 1 Паскаль. 22 Кроме   этого,   Б.   Паскаль   изобрёл   обыкновенную   тачку   ­   устройство знакомое всем: две ручки и колесо.  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 8 ­  Схема установки опыта «Гидростатическое давление» Рисунок 9 ­ Демонстрация гидростатического давления Схема установки:  пластиковая бутылка с отверстиями на одинаковой высоте. Рисунок – 10 Схема установки опыта «Гидростатическое давление» 23 Ход работы: 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).  Дополнительная информация: Для проведения научных исследований на   больших   глубинах   используют   батискафы,   погружаемый   аппарат   с двигателем, ёмкостями, помещением для экипажа из 1­2 человек. На борту имеются   приборы   для   наблюдения,   они   расположены   в   кормовой   части. Чтобы батискаф мог выдержать огромное давление воды на большой глубине, его   корпус   изготавливают   из   прочной   стали.   При   погружении   ёмкости наполняют водой. Для всплытия сбрасывают балласт. Рекорд глубоководного погружения поставил батискаф «Триест­2», достигший глубины 11022 м в Тихом океане.  24 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. Рисунок 11 – Схема установки опыта «Модель фонтана» Ход работы: 1. 2. Подержим над огнем стержень и загнём его буквой Г. В бутылке, ближе к основанию, сделаем отверстие под стержень. 3. 4. Вставим и закрепим стержень так, как показано на рисунке. Нальём в бутылку воды и поставим её в кювету. Пронаблюдаем за струей воды. 5. Результат: наблюдаем образование фонтана воды. Дополнительная информация: на воду в стержне действует давление столба жидкости, находящегося в бутылке. Чем больше воды в бутылке, тем больше будет фонтан, так как давление зависит от высоты столба жидкости. Опыт 6. Давление в жидкости Цель: доказать существование давления внутри жидкости. 25 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. 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.  Рисунок 12 – Гидростатическое давление Дополнительная   информация:  закон   Паскаля   имеет   интересное следствие,  известное в физике под названием «гидростатический парадокс»: 26 вне зависимости от формы и размеров сосуда давление внутри жидкости на одной и той же глубине одинаковое. Рисунок 13 – Гидростатический парадокс В  1648  году   парадокс   продемонстрировал   Б.  Паскаль.  Он   вставил   в закрытую бочку, наполненную водой, узкую трубку и, поднявшись на балкон второго этажа, влил в трубку кружку воды. Из­за малой толщины трубки вода поднялась   в   ней   до   большой   высоты   и   давление   в   бочке   увеличилось настолько, что крепления бочки не выдержали, и она треснула. Рисунок 14 – Опыт Б. Паскаля Опыт 7. Атмосферное давление Цель: показать действие атмосферного давления Оборудование:  пластиковая   бутылка   объёмом   1,5   л;   шило;   горячая вода. Ход работы:  27 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. Рисунок 15 – Деформация бутылки Дополнительная информация:  все мы постоянно пребываем на дне воздушного океана под прессом тяжести его многокилометровой толщи. Но тяжесть эту мы не замечаем, как не задумываемся о необходимости время от времени вдыхать и выдыхать этот воздух. Опыт 8. Рукомойник из пластиковой бутылки Цель: изготовить конструкцию простейшего рукомойника. Оборудование: пластиковая бутылка объёмом 1,5 л; шило. Ход работы: 28 1 Проколем   раскалённым   шилом   в   днище   бутылки   тонкое отверстие. 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. Рисунок 16 – Умывальник Дополнительная   информация:  простая   пластиковая   бутылка оказалась   многофункциональной,   особенно   для   туристов   и   дачников.   Для удобства пользования умывальником можно купить дополнительно крышку «флип­топ». 29 Рисунок 17 – Крышка «флип­топ» 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. 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. 30 Рисунок 18 – Образец самодельного умывальника и промышленного 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 Опускаем  часть  бутылки  в  воду и опрокидываем   её  донышком вверх. 3 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. Рисунок 19 – Воздух поднимает воду 31 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.  Дополнительная   информация:  атмосфера   –   слой   воздуха, окружающий   нашу   планету.   Его   толщина   составляет   около   1000   км. Атмосфера оказывает давление на все тела и предметы на Земле. Но никто этого не замечает. И тем не менее на взрослого человека давят 15 т воздуха! Опыт 11. Модель работы лёгких Цель: демонстрация работы лёгких Оборудование: пластиковая бутылка, резинка (скотч), использованная перчатка (резина от воздушного шарика), воздушный шарик. Ход работы: 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. 6 Периодически повторяя движения, наблюдают «работу лёгких». 32 Рисунок 20 – Модель работы лёгких Объяснение: Резиновая  плёнка  имитирует  диафрагму,  воздушный  шарик  – лёгкие. Диафрагма опускается – вдох, диафрагма поднимается – выдох. Дополнительная информация: Лёгкие ­ парный орган дыхания у человека и других млекопитающих, а также птиц, пресмыкающихся и даже некоторых рыб. Благодаря этим органам мы дышим и живём.  Рисунок 21 ­ Лёгкие человека 8 интересных фактов про лёгкие человека. 1. Лёгкие получили своё название потому, что это единственный орган, который держится на поверхности воды, если его туда кинуть. Все другие органы тонут в воде. 2. Левое лёгкое немного меньше правого, поэтому для сердца остаётся больше места. 33 3.  Почти все люди, которые умерли от рака легких, были злостными курильщиками и выкуривали не менее одной­двух пачек сигарет в день. 4.  Каждый день через лёгкие проходит порядка 10000 л воздуха, при этом человек в среднем делает 20000­25000 вдохов и выдохов. 5.  Лёгкие   спортсменов,   певцов   вмещают   больший   объём   воздуха, нежели лёгкие обычного человека. 6. У новорожденных лёгкие бледно­розового цвета, но со временем они заметно темнеют. Это происходит из­за вдыхаемой пыли. 7. Лёгкие служат не только для дыхания. Они ещё выполняют защитную функцию   для   сердца,   т.е.   срабатывают   как   подушка   безопасности, предохраняя сердце от ударов. 8.  Лёгкие   обеспечивают   воздушный   поток,   благодаря   которому   мы создаём звуки своим голосом. Опыт 12. «Кипение» холодной воды Цель: создание условий для «кипения» холодной воды Оборудование: Плотный носовой платок, часть пластиковой бутылки,  аптечная резинка. Рисунок 22 ­ Схема установки Ход работы: 1 2 Отрежем часть пластиковой бутылки. Нальём   в   отрезанную   часть   бутылки   стакан   холодной   воды. Накроем её платком и закрепим платок аптечной резинкой. 3 Намочим и выжмем носовой платок.  34 4 Продавим  пальцем   середину   платка   так,   чтобы   он   на   2­3   см погрузился в воду.  5 6 Перевернём банку над раковиной вверх дном.  Одной рукой удерживаем часть бутылки с водой, другой слегка ударяем по дну.  Результат: вода начинает бурлить («кипеть») – появляются пузырьки. Рисунок – 23 «Кипение» воды в стакане 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». Дополнительная информация: кессонная болезнь ­ недуг водолазов и дайверов­любителей. Это болезнь резкого снижения давления. В нашей крови присутствуют   растворённые   в   ней   газы   (азот,   кислород   и   пр.)   из   состава воздуха. Если водолаз резко поднимается с больших глубин на поверхность, то   при   быстром   изменении   наружного   давления   растворённый   в   крови   и тканях   азот   превращается   в   газообразный.   Пузырьки   азота   закупоривают кровеносные   сосуды   и   вызывают   резкие   боли   в   мышцах,   нарушение жизнедеятельности   органов,   параличи,   потерю   сознания   и   даже   смерть. Поэтому   водолазов   нельзя   быстро   поднимать   из   воды,   при   медленном подъёме азот успевает выделяться лёгкими. 35 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. 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.  Дополнительная   информация:  водолазный   колокол   исторически представлял собой примитивный инструмент для спусков человека под воду и был выполнен в виде короба или опрокинутой бочки. Колокол с находящимся внутри   водолазом   опускали   под   воду   и   находящийся   внутри   воздух   имел 36 давление, равное давлению окружающей среды ­ воды. Внутреннее воздушное пространство   колокола   позволяло   водолазу   некоторое   время   дышать   и совершать   активные   действия   —   выходить   либо   выплывать   наружу   для осмотра   и   ремонта   подводной   части   судов,   либо   для   поиска   затонувших сокровищ. Выполнив работу, водолаз возвращался в колокол и устройство при помощи крана или лебёдки поднимали на поверхность моря (водоёма).  Рисунок 24 ­ Водолазный колокол 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 25 ­ Схема установки сообщающихся сосудов Ход работы: 37 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. Дополнительная   информация:  в   сообщающихся   сосудах   любой формы поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление воздуха над жидкостью одинаково). Опыт 15. Картезианский водолаз 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. 38 Рисунок 26 – Результаты опыта «Картезианский водолаз» 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.  Дополнительная информация: этому опыту около трёхсот лет. Его приписывают французскому учёному Рене Декарту (по­латыни его фамилия ­ Картезий).   Опыт   был   так   популярен,   что   на   его   основе   создали   игрушку, которую   назвали   «Картезианский   водолаз».   Прибор   представлял   из   себя стеклянный   цилиндр,   наполненный   водой,   в   которой   вертикально   плавала фигурка   человечка.   Фигурка   находилась   в   верхней   части   сосуда.   Когда нажимали   на   резиновую   плёнку,   закрывавшую   верх   цилиндра,   фигурка медленно   опускалась   вниз,   на   дно.   Когда   переставали   нажимать,   фигурка поднималась вверх. 5.3. ­ Раздел «Механика» Опыт 16. Торнадо в бутылке Цель: посадить в бутылку «торнадо» 39 Оборудование:  Две   пластиковые   бутылки   объёмом   1­1,5   л;   кювета; секундомер;   металлическая   шайба   (с   диаметром   отверстия   около   1   см); клейкая лента (скотч). Ход работы: 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.    Рисунок 27 – Торнадо в бутылке   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.  Дополнительная информация:  вихревой эффект ­ торнадо ­ можно наблюдать при сливе воды из ванны ­ образование воронки. У края ванны окружная скорость воды равна почти нулю, по мере приближения к центру 40 она   возрастает.   Это   видно   по   движению   мыльной   пены.   Скорость   воды   в центре возрастает настолько, что давление воды начинает заметно падать. Изменить направление воронки можно закрутив рукой воду в другую сторону   над   сливом   в   ванне,   вода   будет   вращаться   в   воронке   в   другую сторону. В  природе  вращение   торнадо  зависит   от  силы  Кориолиса ­  это   сила инерции, действующая во всех вращающихся системах. На Земле она влияет на  вихри:  например,  в  Северном  полушарии   закручивает   ветра   в  областях высокого   давления   по   часовой   стрелке,   а   в   областях   низкого   давления   ­ против; в Южном полушарии наоборот. Сила Кориолиса проявляется из­за огромного протяжения областей высокого и низкого давления: северный и южный   фронты   удалены   друг   от   друга   достаточно,   чтобы   действовало различие инерций.  Кроме этого эксперимента можно сделать из двух бутылок устройство, которое позволит многократно переливать воду (не проливая её) и наблюдать за водяной воронкой.  Ход работы: 1 Наполним первую бутылку водой. Воду можно подкрасить.  2 На горлышко бутылки с водой положим металлическую шайбу. Если шайбы нет, то в пробках можно пробить отверстия 15 мм.  Рисунок 28 – Схема установки 3 На   шайбу   поставим   горлышком   вторую   (пустую)   перевёрнутую бутылку.  41 4 Надёжно   скрепим   место   соединения   бутылок   клейкой   лентой, можно футляром от фотоплёнки.  5 Наблюдаем рукотворное торнадо.  Рисунок 29 – Торнадо в бутылке 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.  Рисунок 30 ­ Шарик невозможно выдуть 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. 42 Ход работы: 3 Перевернём воронку широкой частью вниз. Поместим мячик под воронку.  Дунем в узкий конец воронки.  4 Результат: Шарик движется в воронке. Рисунок 31 – Шарик внутри воронки 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 подталкиваются   вверх.   Благодаря   форме   крыла   воздух   быстрее передвигается   над   его   верхней   поверхностью,   чем   под   нижней.   Поэтому возникает сила, которая толкает самолёт вверх ­ подъёмная сила. Дополнительная информация: закон Бернулли ­ следствие принципа сохранения энергии.   Принцип Бернулли устанавливает зависимость между давлением в потоке жидкости и скоростью движения потока.  Для   подтверждения   достаточно   провести   опыт.  Взять   лист   бумаги   и подуть вдоль него. Бумага поднимется вверх, в ту сторону, вдоль которой проходит поток воздуха. Согласно закону Бернулли, там, где скорость выше, давление   меньше.   Значит,   вдоль   поверхности   листа,   где   проходит   поток воздуха, давление меньше, а снизу листа, где потока воздуха нет, давление больше. Вот лист и поднимается в ту сторону, где давление меньше, т.е. туда, 43 где   проходит   поток   воздуха.   Описанный   эффект   находит   широкое применение в быту и в технике. Например, краскопульт или аэрограф. В них используются две трубки, одна большего сечения, другая меньшего. Трубка большего диаметра, присоединена к ёмкости с краской, по трубке меньшего сечения, проходит с большой скоростью воздух. В результате возникающей разности   давлений   краска   попадает   в   поток   воздуха   и   переносится   этим потоком на поверхность, которая должна быть окрашена.  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.  Рисунок 32 – Гашение свечи через препятствие Опыт 19. Почему не гаснет свеча Цель: выяснение причин горения и затухания свечи  44 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. Рисунок 33 – Гашение свечи (воронка расположена прямо) 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. Если разместить воронку так, чтобы пламя пришлось на продолжение линии широкого края воронки, свечу легко задуть очень. Пламя при этом отклонится вперёд и загаснет. Рисунок 34 – Гашение свечи (воронка расположена сбоку) 45 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:  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). 46 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 сверху.  5 Бутылку,   наполненную   на   1/3   её   объёма   водой,   устанавливаем Ведём наблюдение за движением воды. Рисунок 35 – Автоколебания 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 47 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 регулируется,   эту   аэрогидродинамическую   систему   можно   назвать автоколебательной. Дополнительная информация: Автоколебания лежат в основе многих явлений природы:  колебания листьев растений под действием равномерного потока воздуха;   образование турбулентных потоков на перекатах и порогах рек; голоса   людей,   животных   и   птиц   образуются   благодаря автоколебаниям,   возникающим   при   прохождении   воздуха   через   голосовые связки;  действие регулярных гейзеров. На автоколебаниях основан принцип действия некоторых технических устройств и приспособлений, в том числе:   работа всевозможных часов, в частности водяных;  звучание   духовых   и   струнно­смычковых   музыкальных инструментов;  действие   всевозможных   генераторов   электрических   и электромагнитных колебаний, применяемых в электротехнике, радиотехнике и электронике;  работа   поршневых   паровых   машин   и   двигателей   внутреннего сгорания;  некоторые   системы   автоматического   регулирования   работают   в режиме   автоколебаний,   когда   регулируемая   величина   колеблется   в 48 окрестности требуемого значения, то превышая его, то опускаясь ниже него, в допустимом для целей регулирования диапазоне. В   технических   системах   автоколебания   могут   возникать   без специального   намерения   конструкторов,   в   результате   неудачного   выбора технических параметров. Такие автоколебания могут быть нежелательными, а зачастую   разрушительными,   являющимися   причиной   аварий   c   тяжёлыми последствиями.  Например:  в турбинах электростанций;     в реактивных авиационных и ракетных двигателях; в магистралях газов и жидкостей высокого давления; флаттер различных элементов летательных аппаратов; автоколебания   сооружений   неустойчивой   аэродинамической формы при обтекании их потоком воздуха с определённой скоростью и др. 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. Рисунок 36 – Будущая ракета 49 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. Рисунок 37 – Ракета перед стартом 5 6 7 Перевернём бутылку. Отойдём метров на 10. Наблюдаем за полётом ракеты. 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.  Дополнительная информация: у осьминога на брюхе есть щель, через которую   вода   поступает   во   внутреннюю   полость.   При   движении   вперёд осьминог с силой выбрасывает эту воду из боковой воронки. Чем сильнее струя,   тем   больше   скорость.   Воронка   может   поворачиваться.   При   этом 50 изменяется   направление   движения   осьминога.   Так   движутся   и   родичи осьминога – кальмары и каракатицы. Когда тело выбрасывает струю жидкости или   газа,   оно   получает   импульс   реактивной   силы,   направленный противоположно струе. По этому принципу работают реактивные двигатели самолётов и ракет. 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. Рисунок 38 – Демонстрация действия водяного насоса Объяснение:   вода,   выходящая   из   отверстий,   толкает   их   в   обратном направлении. Такое движение называется реактивным. 51 Дополнительная информация: в 100 г. н. э. греческий инженер Герон Александрийский   изобрёл   турбину,   в   которой   использовался   принцип реактивного движения. Рисунок 39 – Турбина Герона В котле кипела вода. Полученный пар направлялся через две трубы в шар,   закреплённый   над   котлом.   Оттуда   пар   вырывался   через   две   трубки, согнутые   под   прямым   углом.   Реакция   паровых   струй   вызывала   вращение шара. Турбина Герона никогда не применялась на практике, так как давала мало энергии. Но это был прообраз паровой турбины. Опыт 24. Невесомость Цель: демонстрация невесомости. Оборудование:  пластиковая   бутылка,   шило,   шнур,   подкрашенная жидкость, скотч. Схема установки 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.  52 Объяснение:  на   любое   тело,   находящееся   на   Земле   либо   вблизи поверхности действует сила тяжести, которая направлена к центру планеты. Под действие силы тяжести жидкость вытекает. 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.  Рисунок 40 – Демонстрация невесомости Дополнительная информация:  Известно, что в кабине космического корабля во время свободного полёта все предметы теряют вес. Карандаши, блокноты плавают в воздухе, словно воздушные шарики.  53 Жидкости   в   условиях   невесомости   «не   хотят»   заполнять   стаканы, кастрюли  и  другую посуду.  Они «не  желают»  принимать  форму сосуда,  в который налиты, собравшись в аккуратные шаровые капли, они «плавают» внутри корабля. Вот почему космонавтам нельзя пить из стаканов и есть суп из тарелок. 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 бутылку   в   верхнем   положении,   её   плавно   опускают   вниз,   в   исходное состояние. В конце этого движения струя появляется вновь.   Рисунок 41 – Демонстрация явления ­ перегрузка 54 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. Дополнительная   информация:  явление,   противоположное невесомости, ­ перегрузка. При перегрузке не только всё тело начинает давить сильнее на опору, но и отдельные части этого тела начинают сильнее давить друг на друга.  Космонавты взлетают в ракете лёжа. Такое положение космонавтов при старте является вынужденным. Перегрузки, воздействующие на космонавтов при старте очень велики. Около пяти минут ракета движется с ускорением от 1 до 7g, т.е. вес космонавтов на этот период увеличивается в семь раз. По этой   причине,   большинство   операций,   связанных   с   управлением   ракетой, производится автоматикой, так как поднять руку, потяжелевшую в семь раз, нелегко. Перегрузки космонавтов при старте не только отражаются на весе, но   и   на   циркуляции   крови   в   организме.   Сердцу   трудно   прокачивать потяжелевшую кровь против действия силы тяжести. Если космонавт будет находиться в вертикальном положении, сердце не сможет поднять кровь к мозгу. Это вызывает потерю сознания и опасно для здоровья. Чтобы свести перегрузки   космонавтов   при   старте   и   торможении   к   минимуму,   учёные рассчитали оптимальную позу космонавта на старте.  Рисунок 42 – Поза космонавта на старте 55 5.4. ­ 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. Рисунок 43 – Светящаяся струя 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 56 явление   называется   полным   внутренним   отражением,   используется   в волоконной оптике. Дополнительная   информация:  оптические   волокна   состоят   из тончайших   прозрачных   нитей,   в   которые   свет   попадает   с   одного   конца,   а выходит с другого. Благодаря эффекту полного внутреннего отражения свет остаётся   внутри,   как   бы   вы   не   сгибали   нити.   Оптические   волокна используются для исследования человеческого тела. Благодаря гибкости и маленьким   размерам   волокна   проникают   в   любую   часть   тела   (желудок, артерии),   освещая   её   и   передавая   изображение   врачу,   который   смотрит   в наружный   окуляр.   Оптические   волокна   применяются   в   телефонной   и телевизионной связи, для передачи данных от одного компьютера к другому.  Вывод:   в   ходе   работы   мы   провели   опыты   по   разным   темам   физики, создали самодельные приборы.  57 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.  Данная нас самостоятельности,   вызвала   ещё   больший   интерес   к   предмету,   помогла научно­исследовательская научила     работа     развить   исследовательские   умения   и   навыки,   умения   пользоваться дополнительной   литературой.   В   процессе   работы   мы   много   рассуждали, систематизировали   полученные   знания,   учились   находить   причинно­ следственные связи. Нам   было   не   сложно   и   интересно   проводить   эксперименты   с пластиковыми   бутылками.   Представленные   в   реферате   опыты   безопасны, просты и полезны. В процессе работы нам неоднократно пришлось проявить творческую   мысль   и   смекалку.   Останавливаться   на   достигнутом   мы   не собираемся, новые исследования впереди. Рекомендуем повторить данные опыты в свободное время, например, на каникулах   –   и   полезно,   и   интересно.   Для   удобства   мы   подготовили методический сборник «Опыты с пластиковыми бутылками». 58 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Литература 1. Бобров   А.А.,   Усова   А.В.   Формирование   экспериментальных умений ­ М.: Просвещение 1988 2. Браверман   Э.М.   Вечера   по   физике   в   средней   школе   ­   М.: Просвещение, 1969. 1983. 1985.  3. 4. 5. 6. Кабардина О.Ф. Внеурочная работа по физике ­ М.: Просвещение, Гальперштейн Л. Занимательная физика. ­ М.: РОСМЭН, 2000. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. ­ М.: Просвещение, Горячкин Е.Н. Методика и техника физического эксперимента ­ М.: Просвещение. 1984 г. 7. 8. Иласова И.Г. «Справочник по физике» Москва 1996 год Майоров А.Н. Физика для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке. ­ Ярославль: Академия развития, Академия и К, 1999. 9. Макеева   Г.П.,   Цедрик   М.С.   Физические   парадоксы   и занимательные вопросы. ­ Минск: Народная асвета, 1981. 10. Никитин Ю.З. Потехе час. ­ М.: Молодая гвардия, 1980. 11. Перельман Я.И. Занимательная механика. Знаете ли вы физику? ­ М.: ВАП, 1994. 12. Перышкин А.В. Физика. – М.: Дрофа, 2012 13. Перышкин А.В., Родина Н.А. Учебник физики для 7 класса. ­ М.: Просвещение. 2012 г. 14. Тарасов А.В. Физика в природе ­ М.: Просвещение 1988 59 Интернет­ресурсы 15. Проект   1   сентября   [Электронный   ресурс]/   Режим   доступа: https://project.1september.ru/work.php?id=572989 (Дата обращения 18.01.2017). 16. На конкурс «Вселенная учитель»  [Электронный ресурс]/ Режим доступа:   http://pedsovet.org/component/option,com_mtree/task,viewlink/link_id, 109450/Itemid,118/ (Дата обращения 19.01.2017) 17. Опыты   с   бутылками.   Журнал  «Наука   и   жизнь»   №9,   2001  https://www.nkj.ru/archive/   Режим   доступа: [Электронный   ресурс]/ articles/12835/ (Дата обращения 19.01.2017) 18.   Закон   Бернулли.   Просто   и   доходчиво   [Электронный   ресурс]/ Режим   доступа:   http://fb.ru/article/43705/zakon­bernulli­prosto­i­dohodchivo (Дата обращения 18.01.2017) 19. ресурс]/ 8   крутых   научных   экспериментов   для   детей   [Электронный   http://www.nkj.ru/archive/articles/12835/(Дата   Режим   доступа: обращения 14.01.2017) 20.     9   крутых   научных   экспериментов   для   детей   [Электронный ресурс]/   Режим   доступа:  http://www.adme.ru/zhizn­nauka/8­krutyh­nauchnyh­ eksperimentov­dlya­detej­840310/ (Дата обращения 16.01.2017) 21. Проект   1   сентября   [Электронный   ресурс]/   Режим   доступа: https://project.1september.ru/work.php?id=572989 (Дата обращения 19.01.2017) 22. На конкурс «Вселенная учитель»  [Электронный ресурс]/ Режим доступа:   http://pedsovet.org/component/option,com_mtree/task,viewlink/link_id, 109450/Itemid,118 (Дата обращения 16.01.2017) 60