Как да докажем, че ледът е по-лек от водата в течно състояние. Изследователска работа "защо ледът не потъва?" Използвайте в ежедневието

Малките деца много често задават интересни въпроси на възрастните и не винаги могат да им отговорят веднага. За да не изглеждате глупаво на вашето дете, препоръчваме ви да се запознаете с пълния и подробен, добре обоснован отговор относно плаваемостта на леда. В края на краищата той плува, а не се дави. защо се случва това

Как да обясним на детето сложни физически процеси?

Първото нещо, което идва на ум, е плътността. Да, всъщност ледът плава, защото е по-малко плътен от . Но как да обясним на детето какво е плътност? Никой не е длъжен да му казва училищната програма, но е напълно възможно всичко да се сведе до това, което е. В края на краищата всъщност един и същ обем вода и лед има различни тегла. Ако проучим проблема по-подробно, можем да изразим няколко други причини освен плътността.
не само защото намалената му плътност не му позволява да потъне по-ниско. Причината също е, че в леда са замръзнали малки въздушни мехурчета. Те също така намаляват плътността и следователно като цяло се оказва, че теглото на ледената плоча става още по-малко. Когато ледът се разширява, той не поема повече въздух, но всички онези мехурчета, които вече са вътре в този слой, остават там, докато ледът започне да се топи или сублимира.

Провеждане на експеримент върху силата на разширяване на водата

Но как можете да докажете, че ледът действително се разширява? В крайна сметка водата също може да се разширява, така че как може да се докаже това при изкуствени условия? Можете да проведете интересен и много прост експеримент. За да направите това, ще ви трябва пластмасова или картонена чаша и вода. Не е необходимо количеството да е голямо, не е нужно да пълните чашата до ръба. Освен това в идеалния случай се нуждаете от температура от около -8 градуса или по-ниска. Ако температурата е твърде висока, преживяването ще продължи неоправдано дълго.
И така, водата се излива вътре, трябва да изчакаме да се образува лед. Тъй като сме избрали оптималната температура, при която малък обем течност ще се превърне в лед в рамките на два до три часа, можете спокойно да се приберете вкъщи и да изчакате. Трябва да изчакате, докато цялата вода се превърне в лед. След известно време гледаме резултата. Деформирана или скъсана от лед чаша е гарантирана. При по-ниска температура ефектите изглеждат по-впечатляващи, а самият експеримент отнема по-малко време.

Отрицателни последици

Оказва се, че един прост експеримент потвърждава, че ледените блокове наистина се разширяват, когато температурата намалява, а обемът на водата лесно се увеличава при замръзване. По правило тази функция създава много проблеми на забравителните хора: бутилка шампанско, оставена на балкона за дълго време в новогодишната нощ, се счупва поради излагане на лед. Тъй като силата на разширяване е много голяма, тя не може да бъде повлияна по никакъв начин. Е, що се отнася до плаваемостта на ледените блокове, тук няма какво да се доказва. Най-любопитните могат лесно да проведат подобен експеримент през пролетта или есента сами, опитвайки се да удавят парчета лед в голяма локва.

Общинска образователна автономна институция

средно училище с. Василевки

Изследователска работа

Защо ледът не потъва във вода?

Ученици от 3 "б" клас

Белогубова София

Ръководител: Клименко

Людмила Сергеевна,

учителазквалификация

Съдържание на работата.

1. Въведение………………………………………………………………. 3

2. Основна част:……………………………………………………...4-6

2.1. Защо предметите плават?................................................. ........

2.2. Древногръцкият учен Архимед……………………………………

2.3. Законът на Архимед………………………………………………………….

2.4. Експерименти…………………………………………………………..

2.5. Важна характеристика на водата………………………………………………………...

3. Заключение………………………………………………………….7

4. Списък с литература………………………………………………………………8

5. Приложения…………………………………………………………9-10

Въведение.

Не гори в огън

Не потъва във вода.

Уместност на темата

Защо някои вещества потъват във вода, а други не? Разбирането на законите на плаваемостта позволява на инженерите да изграждат кораби от метали, които плават и не потъват.

Никой не се съмнява, че ледът плава по водата; всеки е виждал това стотици пъти както на езерото, така и на реката.

Но защо се случва това?

Какви други предмети могат да плуват по водата?

Това реших да разбера.

Поставете си цел:

Определете причините за непотопяемостта на леда.

Идентифицирах няколко задачи:

Разберете условията на плаване на телата;

Разберете защо ледът не потъва;

Проведете експеримент за изследване на плаваемостта.

Тя изложи хипотеза:

Може би ледът не потъва, защото водата е по-плътна от леда.

Методи на изследване:

Теоретичен анализ на литературата;

Метод на наблюдение;

Практически метод.

Практическите материали ще ми бъдат полезни в уроците по четене и околния свят.

Основна част

Ако потопите тяло във вода, то ще измести малко вода. Тялото заема мястото, където е била водата, и нивото на водата се покачва.

Според легендата древногръцкият учен Архимед (287 - 212 г. пр. н. е.), докато бил във ваната, предположил, че потопено тяло измества равен обем вода. Средновековна гравюра изобразява Архимед, който прави своето откритие (Вижте Приложение 1).

Силата, с която водата избутва потопено в нея тяло, се нарича сила на плаваемост.

Законът на Архимед гласи, че подемната сила е равна на теглото на течността, изместена от тялото, потопено в нея. Ако силата на плаваемост е по-малка от теглото на тялото, тогава то потъва, ако е равно на теглото на тялото, то плава.

Експеримент № 1 (вижте Приложение 1)

Реших да видя как работи силата на плаваемост, отбелязах нивото на водата и спуснах пластилинова топка с еластична лента в съд с вода. След гмуркане нивото на водата се повиши и дължината на ластика намаля. Отбелязах новото ниво на водата с флумастер.

Заключение: От страната на водата върху топката от пластилин е действала сила, насочена нагоре. Следователно дължината на еластичната лента е намаляла, т.е. топката, потопена във вода, стана по-лека.

След това тя оформи лодка от същия пластилин и внимателно я спусна във водата. Както можете да видите, водата се е повишила още повече. Лодката е изместила повече вода от топката, което означава, че плаваемата сила е по-голяма.

Магията се случи, потъващият материал изплува на повърхността! Хей Архимед!

За да не потъне едно тяло, неговата плътност трябва да е по-малка от плътността на водата.

Не знаете какво е плътност? Това е масата на хомогенно вещество на единица обем.

Експеримент № 2: (вижте Приложение 2)

Тя наля вода в чаша и я остави навън. Когато водата замръзна, стъклото се спука. Сложих образувалия се лед в съд със студена вода и видях, че плува.

В друг съд посолете добре водата и разбъркайте, докато се разтвори напълно. Взех лед и повторих експеримента. Ледът плува и дори по-добре, отколкото в прясна вода, почти наполовина стърчащ от водата.

Всичко е ясно! Кубчето лед плава, защото когато замръзне, ледът се разширява и става по-лек от водата. Плътността на обикновената течна вода е малко по-голяма от плътността на замръзналата вода, тоест леда. С увеличаване на плътността на течността, плаващата сила се увеличава.

Научни факти:

1 факт Архимед: всяко тяло, потопено в течност, е подложено на подемна сила.

Факт 2 Михаил Ломоносов:

Ледът не потъва, защото е с плътност 920 кг/куб.м. А водата, която е по-плътна е 1000 кг/куб.м.

Заключение:

Открих 2 причини за непотопяемостта на леда:

всяко тяло, потопено във вода, е подложено на подемна сила;

Плътността на леда е по-малка от плътността на всяка вода.

Нека се опитаме да си представим как би изглеждал светът, ако водата имаше нормални свойства и ледът беше, както би трябвало да бъде всяко нормално вещество, по-плътен от течната вода. През зимата по-плътният лед, замръзнал отгоре, би потънал във водата, непрекъснато потъвайки към дъното на резервоара. През лятото ледът, защитен от слой студена вода, не можеше да се стопи.

Постепенно всички езера, езера, реки, потоци ще замръзнат напълно, превръщайки се в гигантски блокове лед. Накрая моретата ще замръзнат, последвани от океаните. Нашият красив цъфтящ зелен свят ще стане

непрекъсната ледена пустиня, на места покрита с тънък слой стопена вода. Едно от тези уникални свойства на водата е способността й да се разширява при замръзване. В крайна сметка, когато всички вещества замръзват, тоест по време на прехода от течно към твърдо състояние, те се компресират, но водата, напротив, се разширява. Обемът му се увеличава с 9%. Но когато на повърхността на водата се образува лед, той, намирайки се между студения въздух и водата, предотвратява по-нататъшното охлаждане и замръзване на водните тела. Това необичайно свойство на водата, между другото, е важно и за формирането на почвата в планините. Попадайки в малки пукнатини, които винаги се срещат в камъните, дъждовната вода се разширява при замръзване и разрушава камъка. Така постепенно каменната повърхност става способна да приюти растения, които с корените си завършват този процес на разрушаване на камъните и водят до образуването на почва по планинските склонове.

Ледът винаги е на повърхността на водата и служи като истински топлоизолатор. Това означава, че водата отдолу не се охлажда толкова много, ледената обвивка надеждно го предпазва от замръзване. Ето защо през зимата рядко се случва водно тяло да замръзне до дъното, въпреки че това е възможно при екстремни температури на въздуха.

Внезапното увеличаване на обема, когато водата се превръща в лед, е важна характеристика на водата. Тази функция често трябва да се взема предвид в практическия живот. Ако оставите буре с вода на студено, водата ще замръзне и бурето ще се спука. По същата причина не трябва да оставяте вода в радиатора на кола, паркирана в студен гараж. При силни студове трябва да внимавате за най-малкото прекъсване на подаването на топла вода през тръбите за отопление на водата: водата, която е спряла във външната тръба, може бързо да замръзне и след това тръбата ще се спука.

Да, дънерът, колкото и голям да е, не потъва във вода. Тайната на това явление е, че плътността на дървото е по-малка от плътността на водата.

Заключение.

И така, след като свърших много работа, разбрах. Моята хипотеза защо ледът не потъва беше потвърдена.

Причини за непотопяемостта на леда:

1. Ледът се състои от водни кристали с въздух между тях. Следователно плътността на леда е по-малка от плътността на водата.

2. Подемна сила действа върху леда от страната на водата.

Ако водата беше нормална течност, а не уникална течност, нямаше да се наслаждаваме на кънки. Не се търкаляме по стъкло, нали? Но е много по-гладка и по-привлекателна от леда. Но стъклото е материал, върху който кънките няма да се плъзгат. Но на лед, дори и не с много добро качество, пързалянето е удоволствие. Питате защо? Факт е, че тежестта на тялото ни притиска много тънкото острие на кънката, което оказва силен натиск върху леда. В резултат на този натиск от кънката, ледът започва да се топи, образувайки тънък воден слой, върху който кънката се плъзга перфектно.

Референции

Детска енциклопедия "Аз изследвам света."

Зедлаг У. „Удивителни неща на планетата Земя.“

Интернет ресурси.

Рахманов А. И. „Феномени на природата“.

Енциклопедия "Природен свят".

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Защо ледът плува

Всеки знае, че ледът не потъва, а плува по повърхността на водата. Този факт е много необичаен, тъй като ледът е твърдо вещество, а твърдите вещества по правило винаги потъват в течността, която се образува, когато се стопят.

Всички вещества в природата се разширяват при нагряване и се свиват при охлаждане. Водата следва това правило, но само до определена температура. Свива се, охлажда се до +4°C. При тази температура водата има най-голяма плътност и тегло. Докато се охлажда допълнително и се превръща в лед при 0°C, той... се разширява. В същото време ледът се увеличава по обем, а плътността и теглото му намаляват. Ледът става по-лек от водата, от която е образуван. Ето защо ледът не се топи във водата, а плува по повърхността й.

Благодарение на тази характеристика на леда водата в резервоарите замръзва само на повърхността. Ако ледът потъне във вода, той ще потъне на дъното, водата на повърхността ще се превърне отново в лед и ще потъне отново...след няколко дни резервоарът ще замръзне от повърхността до дъното и всички животни и растения ще замръзнат заедно с водата... Фактът, че ледът е по-лек от водата, е „измислен“ от природата, за да може животът във вода няма да престане да съществува, а с него и животът по цялата Земя.

Когато водата замръзне и се превърне в лед, тя се разширява и увеличава обема си не с произволно количество, а с около една девета. Това означава, че ако 9 литра вода замръзнат, ще получите 10 литра лед.

Когато ледът плава, виждаме само една девета от него на повърхността. Например, ако един леден къс има височина 2 см над водата, тогава под водата неговият слой е 9 пъти по-дебел, тоест 2 пъти 9 = 18 см, а дебелината на целия леден къс е 20 см.

В моретата и океаните понякога има огромни ледени планини - айсберги. Това са ледници, които са се свлекли от полярните планини и са отнесени от течението и вятъра в открито море. Височината им може да достигне 200 метра, а обемът им може да достигне няколко милиона кубически метра. Девет десети от общата маса на айсберга е скрита под водата. Следователно срещата с него е много опасна. Ако корабът не забележи движещия се леден гигант навреме, той може да претърпи сериозни щети или дори да загине при сблъсък.

Изобщо не се изненадваме от плаващи ледени блокове в началото на пролетта, когато резервоарите започват да се освобождават от зимните „дрехи“ и разкриват красотата на прясната вода на човешкото око. Толкова сме свикнали с този природен феномен, че дори не мислим за него и се чудим защо ледът не се топи? И ако се замислите, не си спомняте веднага примери, при които твърди вещества като лед плуват в течности, които се образуват, когато се стопят. Можете да разтопите парафин или восък в съд и да хвърлите парче от същото вещество, само в твърдо състояние, в получената локва. И какво виждаме? Восъкът и парафинът безопасно потъват в течността, която се образува в резултат на тяхното топене.

Защо ледът не потъва във вода?Факт е, че водата в този пример е много рядко и по своята същност уникално изключение. В природата само металът и чугунът се държат подобно на парче лед, плаващо на повърхността на водата.

Ако ледът беше по-тежък от водата, той със сигурност щеше да потъне под собствената си тежест и в същото време да измести водата, намираща се в долната част на резервоара, към повърхността. В резултат на това целият резервоар ще замръзне до дъното! Когато обаче водата замръзне, възниква съвсем различна ситуация. Превръщането на водата в лед увеличава нейния обем с приблизително 10% и е в този момент ледът има по-малка плътност от самата вода. Именно поради тази причина ледът плува по повърхността на водата и не потъва. Същото може да се наблюдава, когато върху водата се спусне хартиена лодка, чиято плътност е много пъти по-малка от плътността на водата. Ако лодката беше направена от дърво или друг материал, със сигурност щеше да потъне. Ако сравним показателите за плътност в числа, тогава, например, ако плътността на водата е една, тогава плътността на леда ще бъде равна на 0,91.

Увеличаването на обема на водата, когато се превръща в лед, трябва да се вземе предвид в ежедневието. Достатъчно е да оставите буре, пълно с вода до горе, на студено и течността ще замръзне и ще пръсне съда. Ето защо не се препоръчва да оставяте вода в радиатора на автомобил, който е паркиран на студено. Също така, при тежки студове, трябва да внимавате за прекъсвания в подаването на топла вода, преминаваща през отоплителните тръби. Ако във външната тръба остане вода, тя моментално ще замръзне, което неминуемо ще доведе до повреда на водопровода.

Както е известно, в океаните и моретата на големи дълбочини, където температурата е под нулата, водата все още не замръзва и не се превръща в блок лед. Това е доста просто за обяснение - горните слоеве вода създават огромно налягане. Например един километър слой вода притиска със сила над сто атмосфери.

Ако водата беше нормална течност, а не уникална течност, нямаше да се наслаждаваме на кънки. Не се търкаляме по стъкло, нали? Но е много по-гладка и по-привлекателна от леда. Но стъклото е материал, върху който кънките няма да се плъзгат. Но на лед, дори и не с много добро качество, пързалянето е удоволствие. Питате защо? Факт е, че тежестта на тялото ни притиска много тънкото острие на скейта, което оказва силен натиск върху лед. В резултат на този натиск от кънката, ледът започва да се топи, образувайки тънък воден слой, върху който кънката се плъзга перфектно.

Как да обясним на детето сложни физически процеси?

Първото нещо, което идва на ум, е плътността. Да, всъщност ледът плава, защото е по-малко плътен от водата. Но как да обясним на детето какво е плътност? Никой не е длъжен да му казва училищната програма, но е напълно възможно да се сведе до факта, че ледът е по-лесен. В края на краищата всъщност един и същ обем вода и лед има различни тегла. Ако проучим проблема по-подробно, можем да изразим няколко други причини освен плътността.
Ледът не потъва във водата не само защото намалената му плътност не му позволява да потъва по-ниско. Причината също е, че в леда са замръзнали малки въздушни мехурчета. Те също така намаляват плътността и следователно като цяло се оказва, че теглото на ледената плоча става още по-малко. Когато ледът се разширява, той не поема повече въздух, но всички онези мехурчета, които вече са вътре в този слой, остават там, докато ледът започне да се топи или сублимира.

Провеждане на експеримент върху силата на разширяване на водата

Отрицателни последици

Но колко са се замисляли над този въпрос: дали всички твърди вещества се държат по същия начин като леда, тоест плуват в течностите, образувани при стопяването им?

Разтопете парафин или восък в буркан и хвърлете друго парче от същото твърдо вещество в тази течност, веднага ще потъне. Същото ще се случи и с оловото, и с калая, и с много други вещества. Оказва се, че по правило твърдите вещества винаги потъват в течности, които се образуват при топенето им.

Боравейки най-често с вода, ние сме толкова свикнали с обратното явление, че често забравяме това свойство, характерно за всички други вещества. Трябва да се помни, че водата е рядко изключение в това отношение. Само металът бисмут и чугунът се държат по същия начин като водата.

Ако ледът беше по-тежък от водата и не се задържаше на повърхността си, а потъваше, тогава дори в дълбоки водоеми водата би замръзнала напълно през зимата. Всъщност ледът, падащ на дъното на езерото, би изместил долните слоеве вода нагоре и това ще се случи, докато цялата вода се превърне в лед.

Когато обаче водата замръзне, се случва обратното. В момента, в който водата се превърне в лед, нейният обем внезапно се увеличава с около 10 процента, което прави леда по-малко плътен от водата. Ето защо той плува във водата, както всяко тяло плува в течност с висока плътност: железен пирон в живак, тапа в масло и т.н. Ако приемем плътността на водата за равна на единица, тогава плътността на леда ще бъде само 0,91. Тази цифра ни позволява да разберем дебелината на ледения къс, който се носи по водата. Ако височината на ледения къс над водата е например 2 сантиметра, тогава можем да заключим, че подводният слой на ледения къс е 9 пъти по-дебел, тоест равен на 18 сантиметра, а целият леден къс е 20 сантиметри дебелина.

В моретата и океаните понякога има огромни ледени планини - айсберги (фиг. 4). Това са ледници, които са се свлекли от полярните планини и са отнесени от течението и вятъра в открито море. Височината им може да достигне 200 метра, а обемът им може да достигне няколко милиона кубически метра. Девет десети от общата маса на айсберга е скрита под водата. Следователно срещата с него е много опасна. Ако корабът не забележи движещия се леден гигант навреме, той може да претърпи сериозни щети или дори да загине при сблъсък.

Внезапното увеличаване на обема по време на прехода на течна вода в лед е важна характеристика на водата. Тази функция често трябва да се взема предвид в практическия живот. Ако оставите буре с вода на студено, водата ще замръзне и бурето ще се спука. По същата причина не трябва да оставяте вода в радиатора на кола, паркирана в студен гараж. При силни студове трябва да внимавате за най-малкото прекъсване на подаването на топла вода през тръбите за отопление на водата: водата, която е спряла във външната тръба, може бързо да замръзне и след това тръбата ще се спука.

Замръзвайки в скални пукнатини, водата често причинява планински срутвания.

Нека сега разгледаме един експеримент, който е пряко свързан с разширяването на водата при нагряване. Постановката на този експеримент изисква специално оборудване и е малко вероятно някой читател да може да го възпроизведе у дома. Да, това не е необходимост; Опитът е лесен за представяне и ние ще се опитаме да потвърдим резултатите от него с примери, които са познати на всички.

Нека вземем много здрав метал, за предпочитане стоманен цилиндър (фиг. 5), изсипете малко капки в дъното, напълнете го с вода, закрепете капака с болтове и започнете да завъртате винта. Тъй като водата се компресира много малко, няма да се налага да въртите винта дълго време. Само след няколко оборота налягането в цилиндъра се повишава до стотици атмосфери. Ако сега охладите цилиндъра дори до 2-3 градуса под нулата, водата в него няма да замръзне. Но как можете да сте сигурни в това? Ако отворим цилиндъра, тогава при тази температура и атмосферно налягане водата моментално ще се превърне в лед и няма да разберем дали е била течна или твърда, когато е била под налягане. Тук ще ни помогнат поръсените пелети. Когато цилиндърът се охлади, обърнете го с главата надолу. Ако водата е замръзнала, изстрелът ще лежи на дъното; ако не е замръзнал, изстрелът ще се събере на капака. Нека развием винта. Налягането ще падне и водата определено ще замръзне. След като свалим капака, се уверяваме, че цялата сачма се е събрала близо до капака. Това означава, че водата под налягане не е замръзнала при температури под нулата.

Опитът показва, че точката на замръзване на водата намалява с увеличаване на налягането с приблизително един градус на всеки 130 атмосфери.

Ако започнем да базираме разсъжденията си на базата на наблюдения на много други вещества, ще трябва да стигнем до обратното заключение. Налягането обикновено помага на течностите да се втвърдят: под налягане течностите замръзват при по-висока температура и това не е изненадващо, ако си спомните, че повечето вещества намаляват обема си, когато се втвърдят. Налягането води до намаляване на обема и това улеснява преминаването на течно състояние в твърдо състояние. Когато водата се втвърдява, както вече знаем, тя не намалява обема си, а напротив, разширява се. Следователно налягането, предотвратяващо разширяването на водата, понижава нейната точка на замръзване.

Известно е, че в океаните на големи дълбочини температурата на водата е под нула градуса и въпреки това водата на тези дълбочини не замръзва. Това се обяснява с налягането, създадено от горните слоеве вода. Слой вода с дебелина един километър притиска със сила около сто атмосфери.

Ако водата беше нормална течност, едва ли щяхме да изпитаме удоволствието да се пързаляме върху лед. Би било същото като да се търкаляте върху идеално гладко стъкло. Кънките не се плъзгат по стъкло. Съвсем различен е въпросът на леда. Карането на кънки на лед е много лесно. защо Под тежестта на нашето тяло тънкото острие на кънката произвежда доста силен натиск върху леда и ледът под кънка се топи; образува се тънък воден слой, който служи като отличен лубрикант.