Кто на сайте

Сейчас 102 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте

Фестиваль науки

Как мы познаем мир. Физика на воздушных шариках

Опыты от Галины Фёдоровны 6bАвтор: Туркина Галина Федоровна, ГОУ ЦО «Технологии обучения. Школа дистанционной поддержки образования детей с ограниченными возможностями по здоровью», г. Москва, учитель физики, руководитель детского научно-познавательного клуба «Маленькие находчивые из i-Школы»

«Наука должна быть веселая,
 увлекательная и простая»
  П. Л. Капица 

Ниже приведен фрагмент занятий «Физика на воздушных шариках»

Воздушные шарики – бесценный подручный материал для наблюдения физических явлений и постановки различных физических экспериментов. Опыты с ними яркие, наглядные, простые в исполнении, легко повторяемые, не несут существенных материальных затрат.

Опыты от Галины Фёдоровны 2aИспытание воздушного шарика на прочность

Попробуйте иголкой проткнуть воздушный шарик, чтобы он не лопнул с шумом.  
Подсказка: Это можно сделать тремя способами!
1) с боков, где резина сильно растянута, приклеить кусочек скотча и проколоть шарик в этом месте – такой трюк проделывают клоуны в цирке; 
2) там, где резина наиболее толстая, т.е. «на макушке»; 
3) там, где резина не натянута – где нитка. 
Примечание: Отверстие от иголки настолько маленькое, что шарик сдувается незаметно. После удачных экспериментов проколите шарик насквозь спицей или острой деревянной палочкой. 

Изучаем давление

Опыт «Шарик-йог»

Мы настолько привыкли к тому, что надутый шарик, попав на остриё, с шумом лопается, что шарик на гвоздях под тяжестью груза воспринимается нами как сверхестественное явление. Тем не менее, это факт… Вам понадобится ипликатор (Кузнецова, Ляпко) или доска с равномерно набитыми гвоздями (через каждый сантиметр). 

  1. Надуваем воздушный шарик и кладем его на острия ипликатора Кузнецова.
  2. Осторожно сверху надавливаем на шарик.  Увеличиваем нажим. Хватит ли у вас сил, чтобы он лопнул?

Наблюдение: Самое удивительное, что шарик, лежащий на остриях, только сплющивается под нажимом, но не лопается!

Опыты от Галины Фёдоровны 2b  Опыты от Галины Фёдоровны 2cОпыты от Галины Фёдоровны 3a
Опыты от Галины Фёдоровны 3b

Объяснение: Из-­за большого количества острых концов, с которыми соприкасается шарик, давление на оболочку шарика оказывается незначительным, допустимым для тонкой резины.  Воздушный шарик на гвоздях выдерживает  60 Н (груз массой 6 кг)!

Опыт «Воздушный парадокс»

Если соединить два воздушных шарика, надутых до разных размеров, трубочкой, то воздух будет перетекать из одного в другой. Из какого шарика в какой? 
Этот опыт ставит многих в тупик.
Понадобятся два одинаковых воздушных шарика, трубочка длиной 10–30 см и диаметром 15–20 мм (на неё должен туго надеваться шарик).
  • Несильно и неодинаково надуваем шарики.
  • Натягиваем шарики на противоположные концы трубки. Чтобы шарики при этом не сдувались, перекручиваем их горловины. 
  • Раскручиваем горловины  – шарики свободно сообщаются между собой через трубку.
Наблюдение: Воздух перетекает из одного шарика в другой. Но …  маленький шарик надувает большой!
Опыты от Галины Фёдоровны 3c  Опыты от Галины Фёдоровны 3d
Объяснение: Многие считают, что раз масса воздуха больше в шарике большего размера, то этот шарик будет сдуваться и надувать маленький шарик. Но такое рассуждение ошибочно. Причина наблюдаемого явления в давлении внутри шарика. Давление газа зависит от кривизны поверхности, т.е. от радиуса сферы: чем меньше радиус, тем больше давление. (Вспомним сообщающиеся сосуды – вода перетекает не из того сосуда, где меньше воды, а из того, где давление больше.) Кроме того, все знают, как трудно начинать надувать шарик, но когда «мёртвая» точка преодолена, дальше он надувается легко. Следовательно, и упругость резины играет немаловажную роль. 
Примечание: Можно наблюдать и такой результат: маленький шарик «не хочет» сдуваться и надувать большой. По-­видимому, в этом случае упругость резины играет ведущую роль. 

Опыт «Воздушный поцелуй»

Один из основных законов гидро­ и аэродинамики – закон Бернулли: чем выше скорость воздушного потока, тем меньше в нём давление. 
  • Надуваем два воздушных шарика до одинакового размера и привязываем к каждому нитку длиной около метра. 
  • Берём шарики за нитки правой и левой рукой так, чтобы они  висели на одном уровне на некотором расстоянии друг от друга. 
  • Не касаясь шариков руками, попробуйте соединить их. 
Подсказка: Решение предельно простое, но не очевидное – подуйте между шариками сверху, снизу или сбоку – значения не имеет. 
Объяснение: Из закона Бернулли следует, что давление в струе воздуха ниже, чем атмосферное. Сила атмосферного давления с боков сблизит шарики.
Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Изучаем газовые законы

1. Закон Бойля-Мариотта

Газовый закон, независимо открытый английским ученым Бойлем и французским ученым Мариоттом: при неизменной массе и температуре давление газа обратно пропорционально его объему.

Опыт “Модель работы легких» 

Как дышит человек? Диафрагма опускается – вдох, поднимается – выдох. Сделаем модель лёгких и посмотрим на её работу глазами физика. 

  • Отрезаем дно пластиковой бутылки.
  • Помещаем воздушный шарик внутрь бутылки и натягиваем его на горлышко.
  • Отрезанную часть бутылки затягиваем плёнкой от другого воздушного шарика (разрезаем его ножницами) и закрепляем скотчем. 

Оттягиваем плёнку – шарик надувается, надавливаем на плёнку – шарик сдувается. 

Опыты от Галины Фёдоровны   Опыты от Галины Фёдоровны

Объяснение: В нашем опыте объём воздуха внутри бутылки оказывается изолированным. При оттягивании плёнки этот объём увеличивается, давление уменьшается и становится меньше атмосферного. Шарик внутри бутылки надувается воздухом атмосферы. При надавливании на плёнку объём воздуха в бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сдувается. Так же работают и наши лёгкие. Резиновая пленка имитирует диафрагму, воздушный шарик – лёгкие. Резиновая пленка-диафрагма опускается (оттягивается) – вдох, поднимается – выдох.

Опыт «Шарик в бутылке»

Возможно ли надуть воздушный шарик, натянутый на горлышко бутылки даже если она двухлитровая?

  • Помещаем шарик внутрь бутылки и натягиваем его на горловину.
  • Пробуем надуть шарик.

Наблюдение: Надуть шарик в бутылке, практически, невозможно!

Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Объяснение:  При увеличении объёма шарика воздух, объём которого в бутылке изолирован, сжимается, давление увеличивается. Только человек с мощными лёгкими (певец, пловец) может отчасти справиться.

  • Делаем шилом отверстие в бутылке ближе ко дну.
  • Пытаемся ещё раз надуть шарик. Получается!
  • Когда шарик надуется, закрываем пальцем отверстие.

Наблюдение:  В бутылке с отверстием шарик можно надуть. Если отверстие в бутылке перекрыть, шарик остается надутым!

  • Отрезаем донышко у пластиковой бутылки.
  • Пытаемся снова надуть шарик.

Наблюдение: Шарик легко надувается.

2. Закон Шарля

Газовый закон, открытый французским учёным Шарлем, утверждает: чем выше температура газа при постоянном давлении и неизменной массе, тем больший объём он занимает. 

Опыт «Как шарик в банку попал»

Может ли шарик, размеры которого больше горлышка банки, проникнуть в нее?

Первый способ:

  • Надеваем шарик на водопроводный кран и наливаем в него воды так, чтобы  размер шарика с водой стал немного больше горловины стеклянной банки. Надёжно завязываем шарик.
  • Поджигаем листок бумаги и бросаем в большую (двух или трехлитровую) банку.
  • Кладём шарик на горловину банки. 

Наблюдение: Пламя в банке гаснет. Шарик втягивается в банку.

Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Второй способ:

  • Наливаем в банку горячей воды из чайника.
  • Выливаем воду и тут же кладём шарик с водой на горловину банки.

Наблюдение: Шарик забавно втягивается в банку.

Примечание: Последний  опыт протекает медленнее первого.

Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Опыты от Галины Фёдоровны 7e  Опыты от Галины Фёдоровны 7f

Объяснение: В первом опыте воздух в банке нагревает горящая бумага. Когда на банку кладут шарик, он перекрывает доступ кислорода, горение прекращается. Плотность горячего воздуха меньше плотности холодного. Воздух в банке быстро остывает, его плотность увеличивается,  объём уменьшается –  шарик втягивается в банку.

Во втором опыте горячая вода нагревает банку, а банка нагревает воздух. Банка с воздухом  быстро остывает, и тяжёлый шарик засасывается внутрь.  Опыт можно проводить с шариком, надутым воздухом, но тогда он получается не таким ярким.

Изучаем электрические явления

Опыты по электростатике с воздушными шариками  ярки и зрелищны – резина является хорошим диэлектриком, легко электризуется, на шарике накапливается большой заряд.

Опыт «Электричество  из  головы»

Самый простой способ наэлектризовать воздушный шарик – это потереть его о волосы. Дальше начинаются эксперименты со статическим электричеством. Опыты по электростатике лучше проводить в сухую погоду. При высокой влажности заряд быстро стекается, не все опыты получаются.

  • Надуваем шарик и завязываем его.
  • Электризуем шарик, потерев его о волосы.
  • Приподнимаем шарик над головой.

Наблюдение: За шариком тянутся волосы, что хорошо чувствуется.

  • Электризуем шарик ещё раз.
  • Кладём шарик на письменный (деревянный) стол наэлектризованной стороной вверх.

Наблюдение: Шарик мгновенно перворачивается и ложится на стол заряженной стороной. При попытке вернуть его в прежнее положение он переворачивается снова.

  • Электризуем шарик снова.
  • Прижимаем шарик наэлектризованной стороной к вертикальной стене или к потолку.

Наблюдение: Шарик прилипает к стене надолго – в сухую солнечную погоду он может провисеть час.

Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Объяснение: При натирании шарика о голову электроны переходят с волос на резиновую оболочку шарика. Шарик заряжается отрицательно, волосы – положительно. Разноименно заряженные тела притягиваются, поэтому волосы тянутся к шарику. 

Заряженный шарик создает вокруг себя электрическое поле, которое воздействует на стол, стену, потолок – наводит заряд противоположного знака. Мы наблюдаем электризацию через влияние. Разноимённо заряженные тела притягиваются, что мы и наблюдаем.

Примечание: Существенно, чтобы волосы были чистыми,  без косметических средств (лака, геля). Опыты по электризации проводят в сухую погоду, т.к. влажный воздух  хороший проводник, и заряд на шарике не будет накапливаться.

Опыт «Соляные столбики»

  • Насыпаем на лист картона небольшую горку поваренной соли. 
  • Надуваем и электризуем воздушный шарик.
  • Подносим наэлектризованный шарик к горке поваренной соли.

Наблюдение: Маленькие кристаллики соли выстраиваются в вертикальные столбики, тянутся «ниточками» к шарику.

Опыты от Галины Фёдоровны  Опыты от Галины Фёдоровны

Объяснение: Поваренная соль – полярный диэлектрик. Под действием электрического поля наэлектризованного шарика происходит смещение положительных и отрицательных связанных зарядов молекулы в противоположные стороны. Со стороны заряженного шарика всегда образуется в кристаллике соли противоположный по знаку заряд. Кристаллики соли притягиваются к шарику, пристраиваясь один к другому. 

Примечание: Кристаллики сахарного песка внешне напоминают поваренную соль, но молекула сахара неполярная, поэтому слабее  поляризуется. Кроме того, кристаллики сахара крупнее, более тяжёлые, что не позволяет получить хороших столбиков. 

Продолжите эксперименты с другими веществами, такими как мука, мелко нарезанная металлическая фольга, силиконовыми шариками. Вы будете наблюдать любопытные вещи …

Опыт « Кораблики»

  • Делаем бумажный кораблик и пускаем его на воду.

Электризуем шарик и подносим к кораблику

Наблюдение: Кораблик последует за шариком.

Опыты от Галины Фёдоровны 10a  Опыты от Галины Фёдоровны

  • Опускаем металлическую крышку на воду.

Электризуем шарик и подносим к крышке,  не касаясь её.

Наблюдение: Металлическая крышка плывет в сторону шарика.

  • Опускаем на воду пластмассовую крышку

Электризуем шарик и подносим к крышке,  не касаясь её.

Наблюдение: Тяжелая пластмассовая крышка плывет за шариком.

Объяснение: В электрическом поле шарика бумага и пластмасса поляризуются и притягиваются к шарику. Поскольку сила трения на воде незначительна, то кораблики легко приходят в движение. В металлической крышке также индуцируется заряд.

Изучаем закон Архимеда

Эти эксперименты лучше проводить на берегу  водоёма летним днём в хорошую погоду или, на худой конец, в ванной комнате или в большом тазу. Опыт веселее проходит в компании друзей. Вам понадобятся несколько шариков. 

  • Надуйте шарики до разного размера. Они лёгкие и плавают на поверхности воды.
  • Попытайтесь утопить шарики. 

Это весёлое, но трудное задание. У вас может не хватить силёнок, чтобы утопить большой шар. Когда «победите» выталкивающую силу, проведите расчёт и оцените свою силу: FА = ρgV = ρg · 4/3 ·R). 

Об опытах

Идеи некоторых опытов взяты из выступлений коллег («Шарик-йог», С.Н. Кириллов), из литературы («Как шарик в банку попал», Майер) 

Есть авторские опыты, придуманные детьми («Соляные столбики», Корешков П., 6 класс, «Кораблики» Иванов А., 6 класс). 

Научно-познавательный клуб «Маленькие находчивые»  – это то место, куда без принуждения приходят дети разного возраста (от 1 до 11 классов), разных способностей (как успешные в учебе, так и не очень), разных возможностей по состоянию здоровья (много детей с диагнозом ДЦП). 

Что так привлекает детей к занятиям? 

Занимательно и просто изучаются законы природы. Все участвуют в увлекательных экспериментах, делая собственную установку, самостоятельно повторяя опыт и ни кто не выступает просто зрителем. При обсуждении результатов работы свое мнение высказывают все. От занятия к занятию у детей появляется навык постановки эксперимента, вырабатывается наблюдательность, умение формулировать и высказывать свои мысли,  научно отстаивать свое мнение, умение слушать своих товарищей и вести научный спор. Появляются знания. Занятия всегда проходят весело и интересно. Каждый ребенок чувствует себя успешным. От простых опытов дети переходят к проектной деятельности. Это как индивидуальные проекты, так и коллективные. Темы проектов разнообразны. Например,«Бумага преподносит сюрпризы», «Со спичками не шутят», «Какого цвета тень?», «Мой брат волшебник»,  «Мыльные пузыри и пленки», «Капелька жидкости», «Очевидное-невероятное», «Живопись глазами физика», «Мир звука» и другие. Надо отметить, что многие проекты учащимися выполнены как мультимедийные. 

Есть работы, опубликованные в журналах «Наука и жизнь», «Юный техник», газете «Первое сентября. Физика». 

Со своими проектами ребята участвуют в научно-технических конференциях и выставках,  фестивалях увлекательной науки. Масштабы участия от школьных выступлений, до городских, всероссийских и даже международных выставок. Грамоты, дипломы, медали. 

Успех окрыляет детей, особенно тех, чьи возможности по состоянию здоровья, ограничены.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Login Form

Рассылка

Подпишитесь на нашу рассылку и будьте в курсе всего самого интересного!

Ваш e-mail: *
Ваше имя: *
Дата рождения:
/ /