Исследовательская работа по физике

«Использование метода танца в жидкости»

/Исследовательская работа/

ВВЕДЕНИЕ

Моя мама очень любит красивые вещи. С юношеских лет она хранит светильник в которой плавают радужные капли. В детстве- это для меня была красивой вещью. Смотря на игру капелек я испытывал чувство удовлетворения, спокойствия. Начав изучать физику, особенно тему «Плотность вещества» я не раз задумывался почему капля масла не тонет инее всплывает на поверхность в светильнике? Гипотеза: Танец жидкости совершается за счетМасло не тонет в воде, потому что эти жидкости обладают различными свойствами.

Цель: Выяснение причины, по которой масло не всплывает на поверхность воды и почему совершает лавообразные движения.

Задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу.

2. Выяснить, какое свойство жидкостей позволяет маслу находиться внутри жидкости и совершать движения

3. Выяснить, где используется данное свойство жидкостей.

Методы: социологический опрос, анализ, сравнение, эксперимент.

Предмет исследования: свойства жидкостей Область: физика

Разработанность исследуемой темы:

«Плотность и плавучесть тела»

«Определение плотности тела неправильной формы»

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Свою работу я решила начать с социологического опроса школьников и взрослых с целью выяснения причины, по которой масло не тонет в воде.

Результаты опроса:

1.ответы учащихся 2.ответы взрослых

Анализируя результаты опроса, я решила обратиться к различным источникам информации и выяснить, что же действительно является причиной данного явления.

Я узнала, что причиной того, что масло не тонет в воде, является плотность жидкостей. Плотность - это физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему. И вычисляется по формуле:

Но об этом подробно я узнаю в старших классах на уроках физики.

А вот что я понял сейчас: все тела, что нас окружают, а также жидкости, состоят из молекул. Это мелкие, невидимые глазу частицы. В разных жидкостях молекулы находятся друг от друга на разном расстоянии. Чем ближе они друг к другу, тем тело или жидкость плотнее, а если плотнее, значит, тяжелее. Тогда, можно сделать вывод о том, что масло не тонет в воде, потому что оно менее плотное.

Чтобы в этом убедиться, я провел эксперимент.

Для проведения эксперимента мне понадобились: масло, вода, спирт, мед, цилиндр, бумажная воронка. Аккуратно, через воронку, я слой за слоем наполняла цилиндр. Первый слой-мед. Второй слой-вода. Третий слой-масло. Четвертый слой-спирт.

Результаты: мы видим, что спирт плавает на поверхности масла, масло на воде, а вода на меде.

Выводы: 1. Если мед на самом дне, следовательно, он тяжелее воды, а значит плотнее ее. 2. Если масло плавает на воде, следовательно, вода тяжелее масла, а значит плотнее его.

Для определения плотности жидкости используют прибор ареомертр. Ареометр представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой заполнена дробью для удержания ареометра в вертикальном положении во время измерений. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях относительной плотности. Для измерения плотности жидкости, сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нем. Значения плотности снимают по шкале ареометра.

Для изготовления использовали: стеклянный цилиндрический сосуд с хорошо прилегающей крышкой; материал для основания - пластмасса;касторовое масло; краситель, растворимый в жирах и нерастворимый в воде и спирте, мы использовали маслянные художественные краски; спирт (90-96 градусов). Основание может иметь произвольную форму и делается из любого материала. В основании закрепляется стеклянный сосуд и скрытая под ним патрон для электрической лампочки; лампочка 25 Вт. В боковых стенках просверлить несколько отверстий для охлаждения конструкции. Вначале окрашивали жидкость на жирной основе. Вылили ее в стеклянный сосуд, куда предварительно уже налита смесь воды и спирта. Вверху сосуда надо оставить небольшое пространство, которое заполнится при расширении жидкости от нагревания. Если жировая жидкость сразу всплывает, надо изменить плотность жидкости на водной основе, добавляя спирт. Проверить, работает ли лампа, нагревая дно сосуда. Если надо, добавить ещё спирта или воды (добавление спирта ведет к уменьшению, а воды - к увеличению плотности водного раствора). Когда лампа будет работать удовлетворительно, крышку плотно (на клей) закупорить.

Когда устройство включают в сеть, то жидкость подогревается благодаря лампе накаливания и форма масляных комочков постоянно изменяется, то сплывая вверх, то падая вниз. Нормальная работа которой, - неторопливое перемещение лавы внутри жидкости. Форма и размер «пузырей» лавы может быть разной. Однако, если видно, что лава скапливается в основании, или разбита на множество маленьких шариков - скорее всего она перегрелась.

Если лампа работает в нормальном режиме, лава в жидкости перемещается размеренно. По форме и величине облачка лавы могут различаться. Но если масло скопилось в нижней части лампы или разделился на мелкие шарики, то, вероятнее всего, жидкость стала слишком горячей. Продолжительность нормальной работы устройства - восемь-десять часов. После остывания колбы лампу снова можно включать.

Принцип работы устройства довольно прост: в стеклянном сосуде находятся жидкость и масло, который при нагревании начинает перемещаться в колбе, создавая знаменитый гипнотический эффект, создавая расслабляющий эффект. Нагрев жидкости и масла происходит с помощью лампы накаливания, расположенной в нижней части корпуса цилиндра. После нагрева цвет масла становится более ярким. Его плавное движение в стеклянной колбе не только зачаровывает, но и помогает создать удивительно романтическую атмосферу. В верхней и нижней частях колбы создаётся разность температур за счёт нагрева от лампы накаливания, что приводит к перемешиванию жидкостей - нагретые слои поднимаются вверх, охладившиеся спускаются вниз. Это движение жидкостей и придаёт декоративность лаве.

Нормальное время работы лава в колбе - 8-10 часов. После того, как жидкость остынет, лава снова готова к работе.

.

При нагревании нижняя жидкость расширяется и в больших пузырях поднимается вверх, а дойдя до поверхности, остывает и опускается вниз: происходит «лавообразное» движение жировой жидкости в водно-спиртовой среде. Включенная в сеть лампочка, освещающая снизу, сквозь светофильтр, красновато-зелёным светом внутренность колбы, служит также и источником тепла. На дне возле лава лампы образуется горячее пятно (область повышенной температуры). Однако некоторые из них надолго зависают y поверхности. Причиной плавания мелких осколков на поверхности может служить сила поверхностного натяжения. Дело в том, что жидкость не смачивает масло, поэтому действующая на полузатопленные осколки сила поверхностного натяжения направлена вверх и стремится вытолкнуть их из жидкости. Благодаря этому же эффекту удерживаются на поверхности воды водомерки, плавает смазанная жиром стальная игла. B светильнике на каплю кроме силы тяжести и поверхностного натяжения действует сила Архимеда, которая почти полностью компенсирует силу тяжести. Поэтому капля оказывается как бы в состоянии невесомости, и уже ничто не мешает ей принять сферическую форму. Для одной капли сферическая форма в состоянии невесомости является энергетически наиболее выгодной. По мере повышения температуры темп его нарастает. Если предположить, что поток тепла распространяется благодаря теплопроводности жидкости, то ее температура будет просто плавно меняться по высоте и ничего необычного в системе происходить не будет. Появление шаров, так же как и конвекция, является следствием неустойчивостей, возникающих при определенных условиях в системах, в которых из-за разности температур на границах распространяются потоки тепла. Отысканием общих закономерностей таких явлений занимается новая, бурно развивающаяся наука - синергетика.

На этом принципе работают светильники - лава-лампа. Когда светильник включают в сеть, то жидкость подогревается благодаря лампе накаливания и форма восковых комочков постоянно изменяется, то сплывая вверх, то падая вниз. При включении лампы смесь внутри нее нагревается и происходит движение этих различных частиц, что создает непередаваемый эффект яркого сюрреалистического танца. Очень красивая вещь.

Сегодня в России не составляет проблем купить лавовую лампу. На отечественном рынке представлены декоративные светильники производства Великобритании, Дании, Польши, Китая и других стран. Выбор светильников огромен. Лампы отличаются размерами и формами, есть различия по эстетическим и техническим характеристикам, а также по соотношению цена - качество. В советские времена лавовая лампа считалась модным гаджетом. Фирменную лампу иностранного производства не каждый мог себе позволить. Фирменные лавовые лампы привозили из заграничных командировок, так как в СССР их не производили. Обычный советский человек мог достать лава лампу только на черном рынке, и стоила она приличной суммы советских рублей. Лавовые лампы производили кустарными методами, но они, конечно, не могли сравниться с иностранными фирменными изделиями.

История создания лава лампы:

Автором идеи лавовой лампы является инженер из Великобритании Эдвард Крэйвен Уолкер. В 1963 г. он смешал масло и парафин и удивился красивейшему эффекту, который получался в результате нагревания этой смеси. Изобретатель дал своему детищу название Astro Lamp. Два года спустя, в 1965 г., два бизнесмена из США увидели этот светильник на немецкой торговой выставке в Гамбурге и сразу же приобрели патент на ее изготовление в Соединенных Штатах. Вместо Astro Lamp они дали изделию название Lava Lamp и запустили его производство в городе Чикаго. Со временем случайное изобретение превратилось в своеобразный символ эпохи, и лишь одно осталось неизменным - лавовая лампа гипнотизирует, завораживает и притягивает взгляд.

В середине 60-х годов XX века во всем мире грянул настоящий бум на лавовые лампы. Поначалу их продавали под именем Астро - лампа. Благодаря небольшим отверстиям в основании золотистого массивного корпуса создавался эффект, напоминающий мерцание звездочек на ночном небосклоне. Большинство ламп были наполнены жидкостью ярко-желтого или голубого цвета, внутри которой плавали красные и белые восковые облачка, постоянно изменяющие форму. В 90-х годах прошлого века, во время второго расцвета психоделической субкультуры, снова наблюдался всплеск интереса к этим лампам. Технический прогресс позволил выпускать самые разнообразные по дизайну лавовые светильники, но суть их была той же - целая вселенная, заключенная в маленьком стеклянном сосуде. Было время, когда лавовые лампы продавались и в Советском Союзе, - эти интересные вещицы нередко дарили на дни рождения друзьям и знакомым.

Устройство лавовой лампы:

Лавовая лампа представляет собой декоративный светильник. Как правило, этот светильник выглядит, как стеклянный сосуд в форме цилиндра, в нижней части которого находится электрическая лампочка. Содержимое сосуда - маслянистая жидкость и воск (парафин). Основной принцип работы лавовой лампы заключается в том, что при не очень высокой температуре воск тяжелее жидкости внутри лампы, при нагревании его вес уменьшается, он всплывает к поверхности. Включенная электролампочка подсвечивает и нагревает жидкость в сосуде, при этом расширяясь, воск лавообразно перемещается вверх емкости. Поднявшись вверх, воск остывает и падает вниз колбы.

Были проведен социологический опрос по вопросам:

В ходе выполнения работы были опрошены учащиеся:

8 класса-15 ,

9 класса-10,

10 класса-12,

11 класса-8.

1.Кто знает лава-лампу?

1.На 1- вопрос из 40 обучающихся удовлетворительно сказали- 9.

2.У кого дома имеется лава-пампа?

На второй вопрос- сказали да16. Но при этом не знали название лампы.

3.Что испытываете смотря на лампу?

Спокойствие- 4

Душевное равновесие-2

Радость-4

Уют-3

Ничего-2

Не знаю-1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируя работу, я могу сделать вывод, что моя гипотеза полностью подтвердилась.

Задача

Результат

Изучить литературу по данному вопросу

Изучая литературу по данному вопросу, я узнала, что все тела и жидкости в том числе, обладают различными свойствами, некоторые из которых я буду изучать на уроках физики.

Выяснить, какое свойство жидкостей позволяет маслу находиться на поверхности воды

Все тела, что нас окружают, а также жидкости, состоят из молекул. Это мелкие, невидимые глазу частицы. В разных жидкостях молекулы находятся друг от друга на разном расстоянии. Чем ближе они друг к другу, тем тело или жидкость плотнее, а если плотнее, значит, тяжелее. Тогда, можно сделать вывод о том, что масло не тонет в воде, потому что оно менее плотное, инее всплывает на поверхность потому что концентрация жидкости меньше.

Выяснить, где используется данное свойство жидкостей

Данное свойство тел используется:

в светильнике лава.