Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда «теряет» свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму.
Оливковое масло плавает в воде, но тонет в спирте. Можно поэтому приготовить такую смесь из воды и спирта, в которой масло не тонет и не всплывает. Введя в эту смесь немного масла посредством шприца, мы увидим странную вещь: масло собирается в большую круглую каплю, которая не вплывает и не тонет, а висит неподвижно. Чтобы форма шара не казалась искаженной, нужно производить опыт в сосуде с плоскими стенками.
Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает (опыт Плато).
Опыт надо проделывать терпеливо и осторожно, иначе получится не одна большая капля, а несколько шариков поменьше. Но и в таком виде опыт достаточно интересен.
Это, однако, еще не все. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек или проволоку, вращают их. Масляный шар принимает участие в этом вращении. (Опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который весь оставался бы внутри шара.) Под влиянием вращения шар начинает сначала сплющиваться, а затем через несколько секунд отделяет от себя кольцо.
Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо.
Разрываясь на части, кольцо это образует не бесформенные куски, а новые шарообразные капли, которые продолжают кружиться около центрального шара.
Упрощение опыта Плато.
Впервые этот поучительный опыт произвел бельгийский физик Плато. Здесь описан опыт Плато в его классическом виде. Гораздо легче и не менее поучительно произвести его в ином виде. Маленький стакан споласкивают водой, наполняют оливковым маслом и ставят на дно большого стакана; в последний наливают осторожно столько спирта, чтобы маленький стакан был весь в него погружен.
Затем по стенке большого стакана из ложечки осторожно доливают понемногу воду. Поверхность масла в маленьком стакане становится выпуклой; выпуклость постепенно возрастает и при достаточном количестве воды поднимается из стакана, образуя шар довольно значительных размеров, висящий внутри смеси спирта и воды.
Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда “теряет” свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму. Прованское масло плавает в воде, но тонет в спирте. Можно поэтому приготовить такую смесь из воды и спирта, в которой масло не тонет и не всплывает. Введя в эту смесь немного масла посредством шприца, мы увидим странную вещь: масло собирается в большую круглую каплю, которая не вплывает и не тонет, а висит неподвижно [Чтобы форма шара не казалась искаженной, нужно производить опыт в сосуде с плоскими стенками (или в сосуде любой формы, но поставленном внутри наполненного водой сосуда с плоскими стенками)].
Рис. Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает (опыт Плато).
Рис. Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо.
Опыт надо проделывать терпеливо и осторожно, иначе получится не одна большая капля, а несколько шариков поменьше. Но и в таком виде опыт достаточно интересен. Это, однако, еще не все. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек или проволоку, вращают их. Масляный шар принимает участие в этом вращении. (Опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который весь оставался бы внутри шара.) Под влиянием вращения шар начинает сначала сплющиваться, а затем через несколько секунд отделяет от себя кольцо. Разрываясь на части, кольцо это образует не бесформенные куски, а новые шарообразные капли, которые продолжают кружиться около центрального шара.
Рис. Упрощение опыта Плато.
Впервые этот поучительный опыт произвел бельгийский физик Плато. Здесь описан опыт Плато в его классическом виде. Гораздо легче и не менее поучительно произвести его в ином виде. Маленький стакан споласкивают водой, наполняют прованским маслом и ставят на дно большого стакана; в последний наливают осторожно столько спирта, чтобы маленький стакан был весь в него погружен. Затем по стенке большого стакана из ложечки осторожно доливают понемногу воду. Поверхность масла в маленьком стакане становится выпуклой; выпуклость постепенно возрастает и при достаточном количестве подлитой воды поднимается из стакана, образуя шар довольно значительных размеров, висящий внутри смеси спирта и воды (рис. 58). За неимением спирта можно проделать этот опыт с анилином – жидкостью, которая при обыкновенной температуре тяжелее воды, а при 75 – 85 °С легче ее. Нагревая воду, мы можем, следовательно, заставить анилин плавать внутри нее, причем он принимает форму большой шарообразной капли. При комнатной температуре капля анилина уравновешивается в растворе соли [Из других жидкостей удобен ортотолуидин – темно-красная жидкость; при 24° она имеет такую же плотность, как и соленая вода, в которую и погружают ортотолуидин].
Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости — шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда “теряет” свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует — и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму.
Прованское масло* плавает в воде, но тонет в спирте. Можно поэтому приготовить такую смесь из воды и спирта, в которой масло не тонет и не всплывает. Введя в эту смесь немного масла посредством шприца, мы увидим странную вещь: масло собирается в большую круглую каплю, которая не вплывает и не тонет, а висит неподвижно [Чтобы форма шара не казалась искаженной, нужно производить опыт в сосуде с плоскими стенками (или в сосуде любой формы, но поставленном внутри наполненного водой сосуда с плоскими стенками)].
Это, однако, еще не все. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек или проволоку, вращают их. Масляный шар принимает участие в этом вращении. (Опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который весь оставался бы внутри шара.) Под влиянием вращения шар начинает сначала сплющиваться, а затем через несколько секунд отделяет от себя кольцо. Разрываясь на части, кольцо это образует не бесформенные куски, а новые шарообразные капли, которые продолжают кружиться около центрального шара.
Впервые этот поучительный опыт произвел бельгийский физик Плато. Здесь описан опыт Плато в его классическом виде. Гораздо легче и не менее поучительно произвести его в ином виде. Маленький стакан споласкивают водой, наполняют прованским маслом и ставят на дно большого стакана; в последний наливают осторожно столько спирта, чтобы маленький стакан был весь в него погружен. Затем по стенке большого стакана из ложечки осторожно доливают понемногу воду. Поверхность масла в маленьком стакане становится выпуклой; выпуклость постепенно возрастает и при достаточном количестве подлитой воды поднимается из стакана, образуя шар довольно значительных размеров, висящий внутри смеси спирта и воды.
За неимением спирта можно проделать этот опыт с анилином — жидкостью, которая при обыкновенной температуре тяжелее воды, а при 75—85°С легче ее. Нагревая воду, мы можем, следовательно, заставить анилин плавать внутри нее, причем он принимает форму большой шарообразной капли. При комнатной температуре капля анилина уравновешивается в растворе соли [Из других жидкостей удобен ортотолуидин — темно-красная жидкость; при 24° она имеет такую же плотность, как и соленая вода, в которую и погружают ортотолуидин].
Дробинки — не что иное, как застывшие капли расплавленного свинца, который при заводском способе изготовления заставляют падать каплями с большой высоты в холодную воду: там они затвердевают в форме совершенно правильных шариков.
Рис. 59. Башня дроболитейного завода.
Так отлитая дробь называется “башенной”, потому что при отливке ее заставляют падать с верхушки высокой “дроболитейной” башни (рис. 59). Башни дроболитейного завода — металлической конструкции и достигают в высоту 45 м; в самой верхней части располагается литейное помещение с плавильными котлами, внизу — бак с водой. Отлитая дробь подлежит еще сортировке и отделке.
Бездонный бокал
Вы налили воды в бокал до краев. Он полон. Возле бокала лежат булавки. Может быть, для одной-двух булавок еще найдется место в бокале? Попробуйте.
Рис. 60. Поразительный опыт с булавками в бокале воды.
Начните бросать булавки и считайте их. Бросать надо осмотрительно: бережно погружайте острие в воду и затем осторожно выпускайте булавку из руки, без толчка или давления, чтобы сотрясением не расплескать воды. Одна, две, три булавки упали на дно — уровень воды остался неизменным. Десять, двадцать, тридцать булавок. Жидкость не выливается. Пятьдесят, шестьдесят, семьдесят.
Целая сотня булавок лежит на дне, а вода из бокала все еще не выливается (рис. 60).
Не только не выливается, но даже и не поднялась сколько-нибудь заметным образом над краями. Продолжайте добавлять булавки. Вторая, третья, четвертая сотня булавок очутилась в сосуде — и ни одна капля не перелилась через край; но теперь уже видно, как поверхность воды вздулась, возвышаясь немного над краями бокала. В этом вздутии вся разгадка непонятного явления.
Вода мало смачивает стекло, если оно хотя немного загрязнено жиром; края же бокала — как и вся употребляемая нами посуда — неизбежно покрывается следами жира от прикосновения пальцев. Не смачивая краев, вода, вытесняемая булавками из бокала, образует выпуклость. Вздутие незначительно на глаз, но если дадите себе труд вычислить объем одной булавки и сравните его с объемом той выпуклости, которая слегка вздулась над краями бокала, вы убедитесь, что первый объем в сотни раз меньше второго, и оттого в “полном” бокале может найтись место еще для нескольких сотен булавок. Чем шире посуда, тем больше булавок она способна вместить, потому что тем больше объем вздутия.
Сделаем для ясности примерный подсчет. Длина булавки — около 25 мм, толщина ее — полмиллиметра. Объем такого цилиндра нетрудно вычислить по известной формуле геометрии (p*d2*h/4), он равен 5 куб. мм. Вместе с головкой объем булавки не превышает 5,5 куб. мм.
Теперь подсчитаем объем водяного слоя, возвышающегося над краями бокала. Диаметр бокала 9 см = 90 мм. Площадь такого круга равна около 6400 кв. мм. Считая, что толщина поднявшегося слоя только 1 мм, имеем для его объема 6400 куб. мм; это больше объема булавки в 1200 раз. Другими словами, “полный” бокал воды может принять еще свыше тысячи булавок! И действительно, осторожно опуская булавки, можно погрузить их целую тысячу, так что для глаз они словно займут весь сосуд и будут даже выступать над его краями, а вода все-таки еще не будет выливаться.
Цель: Расширить знания учащихся о воде и её свойствах. Показать учащимся, что вода удивительная и замечательная жидкость.
Назовите свойства воды, которые вы знаете.
Проведём некоторые опыты подтверждающие эти свойства.
1. Вода имеет объем, но не имеет формы.
Демонстрация опыта с одинаковыми по объёму сосудами, но различной формы.
2. Жидкость плохо сжимаема.
3. Поговорим немного о естественной форме жидкости. Естественная форма жидкости – это шар.
Обычно сила тяжести мешает жидкости принять эту форму, и жидкости либо растекаются тонким слоем, или принимает форму сосуда. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса жидкость по закону Архимеда Fa = ρgV, теряет свой вес. Она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную форму, т. е. шарообразную. Падающие капельки дождя имеют форму шариков. Дробинки не что иное, как застывшие капли расплавленного свинца, которые при заводском способе изготовления заставляют падать каплями с большой высоты в холодную воду.
4. К воде применён закон Паскаля. Производимое на жидкость давление передается без изменения по всем направлениям.
Демонстрация опыта с шаром Паскаля: Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем уплотняясь, передают давление другим слоям находящимся глубже. Т.о. давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде струек из отверстий.
Демонстрация опыта «Рыбка»: Взять пустое куриное яйцо с небольшими отверстиями с двух сторон. Опустить его в воду. Когда надо погрузиться, у настоящей рыбки мускулы сжимаются, сдавливают пузырь, объем уменьшается и рыбка всплывает. Тоже самое происходит и с нашей рыбкой. Воздух сжимается и нажимает на воду, от этого несколько капель воды вливается через отверстие в яйцо. Объем воздуха в яйце уменьшается, рыбка становится тяжелее и ныряет. Если опустить перепонку рыбка всплывает.
5. Вы знаете, что вес тела в жидкости меньше веса тела в воздухе, т.к. действует Архимедова сила Fa = ρgV.
Демонстрируется опыт вес тела в воздухе и воде.
Сила, выталкивающая целиком, погруженное в жидкость тело равна весу жидкости в объеме этого тела. Если кит очутится во время отлива на мели, то последствия окажутся роковыми. Его раздавит собственный вес. Выталкивающая сила жидкости спасает китов от силы тяжести.
6. Плавание тел.
На тело находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести Fт и Архимедова сила Fa. Под действием этих сил тело будет двигаться в сторону большей силы. Возможны три случая.
Айсберг
Демонстрация опыта: стакан с водой и льдом.
Рассказ о ледоколах.
18. Задача с сосулькой.
В какую погоду образуются сосульки: в оттепель или в мороз?
Если в оттепель, то как могла замерзнуть вода при температуре выше 0ºС? Если в мороз, то откуда вода на крыше? Для этого нужно иметь две температуры: для таяния больше 0ºС, для замерзания ниже 0ºС.На самом деле так и есть: снег на склоне крыши тает, т.к. солнечные лучи нагревают его до температуры выше 0ºС, а стекающие капли воды у края крыши замерзают, т.к. температура ниже 0ºС. Косые лучи солнца не нагревают землю на столько чтобы снег таял. На крышу лучи падают не полого, а под углом 80, 90. Освещение и нагревание лучами тем больше, чем больший угол составляют лучи с плоскостью, на которую они падают. Действие лучей пропорционально sin этого угла. Снег на крыше получает тепла в 2,5 раз больше, чем ровная поверхность, т.к. sin 60 > sin 20 в 2,5 раз. Оттаявшая вода стекает и каплями свисает с края крыш. Но под крышей температура меньше 0ºС, и капля охлаждаемая испарением, замерзает, а замерзшую каплю натекает следующая и т.д. Так возникают сосульки.
Оказывается вода имеет, наибольшую плотность при t=4ºС. При более низкой температуре плотность воды меньше. Благодаря этому осенью и зимой в глубоких водоемах конвекция происходит до тех пор, пока ее температура не понизилась до t = 4ºС. Из за этого под слоем льда, покрывающем водоем живут в воде рыбы.
Вода удивительная жидкость, но мы не умеем беречь ее и пользоваться ею. Давайте проверим воду которую мы пьем. брызнем ею на стекло. Подождем пока оно высохнет. Остался след. Значит вода грязная, с примесями. Наша с вами задача предохранить водоемы от загрязнения. В нашей стране выделяются большие средства для строительства водоочистительных сооружений. Воды очищаются, лабораторным способом – обеззараживают хлорированием. Чтобы решить проблему очистки воды, нам необходимо перейти на оборотное водоснабжение. Оно заключается в многократном использовании промышленных вод после очистки по замкнутому циклу, без сброса в реки.
Вода, которая подается к нам из городского водопровода, в принципе, соответствует ГОСТ 2874-82 на питьевую воду иначе, мы не имели бы права пользоваться ею. Самым простым и доступным для всех методом очистки питьевой воды является отстаивание водопроводной воды. Следующим по простоте и доступности является метод очистки питьевой воды с помощью кипячения, метод вымораживания воды, методы фильтрации и физической сорбции. При использовании ионообменных мембран в процессе прохождения воды через слой материала, электрохимические установки, мембраны обратного осмоса.
В настоящее время в мире развивается два подхода к решению задачи очистки водных сред от микробиологических загрязнений с помощью фильтрации. Первый подход основан на применении мембранных технологий. Эта технология имеет один недостаток: при уменьшении размера удаляемых частиц размер пор также должен быть снижен. А это приводит к увеличению гидравлического сопротивления фильтра и снижению скорости фильтрации.
Второй подход, который только сейчас начинает развиваться, предлагает использовать для ультратонкой очистки водных растворов при помощи адсорбционных фильтров на основе заряженных наночастиц. В апреле 2006 г. томская научно-производственная фирма «ФиБрА» приступила к внедрению технологии получения сорбента FilLis, разработанной и запатентованного томской научной группой под руководством профессора В.Н. Лисецкого.
Фильтровальный материал FilLis в зависимости от вида модификатора поверхности обладает уникальной способностью сорбировать содержащиеся в воде и водных растворах патогенные микроорганизмы, вирусы, токсины и ионы тяжелых металлов, размер которых меньше среднего расстояния между волокнами материала. Он эффективно работает не только в нейтральной и кислой средах, но и в щелочной среде при рН до 9,5.
Загрязнение и оскудение рек и других открытых водоемов, неизбежно сказывается на растительности, животном мире и условиях жизни людей.
А знаете ли вы, что ¾ всей атмосферы занимает вода. Все живые организмы от 50 –90 % состоят из воды. Человек до 65 %, ребенок до 90 %. Потребности человека в чистой воде уже сейчас достигает 160 л в день. За жизнь человек потребляет до 25 тон воды. Итак, вода может находиться в трех различных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Причина аномалии воды, отличающей ее от других веществ до конца еще не выяснено. Изучение продолжается.
Вода – удивительная, замечательная жидкость. Ее восхваляли в стихах и песнях, писали картины и музыку.
Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает (опыт Плато).
Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо.
Рис. Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает (опыт Плато).
Рис. Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо.
Рис. Упрощение опыта Плато.
