«Чудеса» капиллярных явлений. Автор работы: Плешивская Дарья, 10 класс. МОУ «СОШ села Константиновка» Руководитель проекта – учитель физики – Зеленская Елена Владимировна

«Капилля» - волос (в переводе с латинского) – узкие цилиндрические трубки с диаметром около миллиметра и менее называются капиллярами. МОУ «СОШ села Константиновка»

Роль капиллярных явлений в жизни. В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево). Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто впитывают их в себя. На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т.д. Очень часто жидкость, впитываясь в пористое тело, поднимается вверх.

ФИЗИКА ЖИЗНИ При рассмотрении капиллярных явлений следует подчеркнуть их роль в биологии, так как большинство растительных и животных тканей пронизано громадным числом капиллярных сосудов. Приведем некоторые данные для организма человека. Площадь поперечного сечения аорты 8 см², а общая площадь сечения всех капилляров примерно 3200 см², т.е. площадь капилляров больше площади аорты в 400 раз. Соответственно падает скорость кровотока – от 20 см/с в начале аорты до 0,05 см/с в капилляре. Диаметр каждого капилляра в 50 раз меньше диаметра человеческого волоса, а длина его менее 0,5 мм. В теле взрослого человека имеется до 160 млрд. капилляров. Общая длина капилляров достигает 60-80тыс. км. МОУ «СОШ села Константиновка»

Попробуем выяснить что заставляет жидкость подниматься или опускаться по узкой трубке? Вопросы исследования: Какая сила поднимает жидкость по капиллярам? Как зависит высота поднятия жидкости от толщины воздушного клина между стеклянными пластинками ? Зависит ли высота поднятия воды в капиллярах от его радиуса ? МОУ «СОШ села Константиновка»

План проведения исследования: Обосновать с точки зрения физики причину движения жидкости по капиллярам. Провести эксперимент по вопросам: Какая сила поднимает воду между пластинками и по капиллярам? Как зависит высота поднятия жидкости от толщины воздушного клина между стеклянными пластинками ? Зависит ли высота поднятия воды в капиллярах от его радиуса ? Обосновать результаты эксперимента с точки зрения законов физики. Сделать выводы. МОУ «СОШ села Константиновка»

Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в капиллярах. В случае смачивающей жидкости (А) силы притяжения F ж-т между молекулами жидкости и твердого тела(стенки капилляра) превосходят силы взаимодействия F ж между молекулами жидкости, поэтому жидкость втягивается внутрь капилляра, и подъем жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила F в, действующая на жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h: F в = mg. Жидкость не смачивающая стенки капилляров(Б), опускается в нем на расстояние h. По третьему закону Ньютона сила F в, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения F пов, действующей на стенку по линии соприкосновения её с жидкостью: F в = F пов. А Б

От чего зависит высота подъема жидкости в капилляре? т.о.при равновесии жидкости в капилляре F пов = mg. Сила поверхностного натяжения при хорошем смачиванииF пов = σ×2 π r. Масса столба жидкости объемом V= π r² h: m=ρV=ρπr²h. Исходя из условия равновесия жидкости в капилляре: σ×2 π r =ρπr²hg, следовательно: Итак: высота подъема жидкости в капилляре зависит от свойств жидкости(её поверхностного натяжения σ и плотности ρ), а также от радиуса капилляра – чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъема жидкости в капилляре.

Ход исследования: Проследим, как поднимается вода по капиллярам в промокательной бумаге, ткани и бумажной салфетке. Для этого: Возьмем полоску хлопчато – бумажной ткани и полоску салфетки. Одновременно опустим обе полоски в подкрашенную воду. Наблюдаем промокание исследуемых материалов и поднятие влажной границы вверх. Определим высоту подъема воды в образцах и рассчитаем радиус капилляров : МОУ «СОШ села Константиновка» ЭКСПЕРИМЕНТ 1.

Образец 1- промокательная бумага. МОУ «СОШ села Константиновка» h = 30 мм r = 2σ/ρhπ = 2×0,0728/(1000 ×0,03 ×3,14) 0,00155 м 1,55 мм Образец 2- хлопчатобумажное полотенце. h = 42 мм r = 2σ/ρhπ = 2×0,0728/(1000 ×0,042 ×3,14) 0,00110 м 1,1 мм. h = 12 мм r = 2σ/ρhπ = 2×0,0728/(1000 ×0,012 ×3,14) 0,00386 м 3,86 мм. Образец 3- бумажная салфетка. r = 2σ/ρhπ r = 2σ/ρhπ Следовательно: ВЫВОД: ЧЕМ > h, ТЕМ < r. Вода поднимается вверх по этим материалам, т.к. они пронизаны тонкими каналами неправильной формы (т.е. капиллярами). Если материал смачивается водой, то она втягивается в канал на тем большую высоту, чем уже канал. Следовательно, ткань имеет более узкие капилляры, чем промокательная бумага и бумажная салфетка.

Проследим, как поднимается вода в стеклянных трубках. Для этого: Возьмем две трубки разного диаметра(D 1 < D 2, h 1 > h 2 ) Опустим в подкрашенную воду. Пронаблюдаем за подъемом воды. МОУ «СОШ села Константиновка» D1D1 h1h1 D2D2 h2h2 ЭКСПЕРИМЕНТ 2. ВЫВОД: наблюдаем подтверждение результатов предыдущего эксперимента.

Проследим, как поднимается вода между двумя стеклянными пластинами, скрепленными по краям пластилином. Для этого: Две стеклянные пластины, склеим между собой кусочками пластилина так, что между ними образуется воздушный клин. Опустим пластины в воду на глубину 0,5 - 1см. Пронаблюдаем за подъемом воды. МОУ «СОШ села Константиновка» ЭКСПЕРИМЕНТ 3. Вывод: Чем меньше воздушный клин между стеклянными пластинами, тем выше поднимается столбик воды.

Проследим, как поднимается вода между двумя стеклянными пластинами, соединенными клином. Для этого: Возьмем две стеклянные пластинки соединенные клином так, чтобы с одной стороны края были плотно прижаты, а с другой разделены кусочком пластилина. Опустим пластины в воду. Пронаблюдаем за подъемом воды. МОУ «СОШ села Константиновка» ЭКСПЕРИМЕНТ 4. Вывод: Чем меньше воздушный зазор между стеклянными пластинами, тем выше поднимается столбик воды.

Выводы: 1) Изучено явление капиллярности. 2) Результат капиллярных явлений зависит от силы взаимодействия молекул внутри жидкости, и от силы взаимодействия молекул твердого тела с молекулами жидкости. 3) Чем меньше радиус капилляра, тем выше поднимается вода по капилляру. 4) Уровень движения жидкости по капиллярам зависит также от плотности жидкости и поверхностного натяжения. 5) Наименьший воздушный зазор между стеклянными пластинами дает яркую картину капиллярных явлений. 6) По ткани и бумаге вода поднимается потому, что эти материалы пронизаны капиллярами. МОУ «СОШ села Константиновка»

Созданные материалы: Публикация – «АЛЬВЕОЛЫ»«АЛЬВЕОЛЫ» Задачи по теме Задачи Требования к презентации Требования Требования к публикации Требования

Список ресурсов: 1. Касьянов В.А. Физика 10 кл.: Учебник для общеобразов. Учреждений. – 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2004. – 416с.: ил. 2. Элементарный учебник физики под ред. Акад. Г.С. Ландсберга, том1. Механика. Теплота. Молекулярная физика.:М., 1975г.,656с.ил. 3. Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга1. 20-е изд., стереотип.-М.:Наука, с. 4. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики:Кн.для учителя: Из опыта работы.-2-е изд.,перераб.-М.:Просвещение, с..:ил. 5. CD-диск, ООО «Физикон»,2002.под ред. Профессора МФТИ С.М.Козела, Часть1. 6. CD-диск, ООО «Физикон»,2003.Министерство образования РФ,ГУ РЦ ЭМТО. МОУ «СОШ села Константиновка»