Васильев Н.С. руководитель проекта

Учебная исследовательская работа Карягина Владимира Группа 1М

Носить воду в решете возможно только в сказке? Или знание физики поможет исполнить такое классически невозможное дело? Гипотезы: Носить воду в решете невозможно, т.к. его дно имеет множество сквозных отверстий; Носить воду решетом можно, при выполнении определенных условий.

Опытным путем проверить держится ли вода в решете. Провести эксперимент по созданию возможности удержания воды в решете. Изучить явления смачивания и несмачивания. Провести эксперимент и определить причины явлений. Полезны ли людям изучаемые явления?

Возьмём проволочное решето с не слишком мелкими ячейками (около 1мм) и опустим его в растопленный парафин. Вынимаем решето: оно окажется покрытым тонким слоем парафина, едва заметным для глаза. Решето осталось решетом – в нем есть сквозные отверстия, через которые свободно проходит булавка, - но теперь можно, в буквальном смысле слова, носить в нем воду.

Потому что, не смачивая парафин, она образует в ячейках решета тонкую пленку, обращенную выпуклостью вниз, которая и удерживает воду. Такое парафинированное решето можно положить на воду, и оно будет держаться на ней. Значит, возможно не только носить воду в решете, но и плавать на нем.

Если жидкость контактирует с твердым телом, то существуют две возможности: молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведет себя ртуть на стекле, вода на парафине или "жирной" поверхности. В этом случае говорят, что жидкость НЕ смачивает поверхность. молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведет себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.

Различие краевых углов в явлениях смачивания и не смачивания объясняется соответствием сил притяжения между молекулами твердого тела и жидкостей и сил межмолекулярного притяжения в жидкостях. Мерой смачивания обычно служит косинус краевого угла, т.е. если Θ – краевой угол cos Θ > 0 - смачивание cos Θ < 0 – не смачивание cos Θ = 1 полное смачивание cos Θ = -1 полное не смачивание

Поместим кусочек воска на поверхность чистой горячей воды. Воск расплавляясь растечется по поверхности воды тонким слоем. Остывая, воск затвердеет тонкой пластинкой. Разделив её на 2 части, разложим их горизонтально, предварительно перевернув одну из частей. Нанесем на поверхность пластинок капли чистой воды. Капли ведут себя совсем по разному. На той поверхности воска, которая соприкасалась с воздухом, капля воды будет иметь такую же форму, как ртуть на стекле; в этом случае вода не смачивает воск. На поверхности, соприкасавшейся с водой, капля воды медленно растечется, образуя тонкую пленку; в этом случае вода смачивает воск. В чем здесь секрет?

Молекулы многих веществ довольно сложны; благодаря этому различные части такой молекулы могут обнаруживать различные силы сцепления при взаимодействии с другими молекулами. Если каким- либо образом расположить подобные молекулы так, что в одну сторону будут обращены концы, сильно взаимодействующие с водой, а в другую – слабо взаимодействующие, то получится пластинка, одна поверхность которой будет смачиваться водой, а другая нет. Воск на горячей воде плавится и молекулы жидкого воска поворачиваются, притягиваясь своими сильно взаимодействующими с водой концами к поверхности воды. В таком положении они и застывают, когда вода охлаждается, и в результате получается та двухсторонняя пластинка, свойства которой мы обнаружили в эксперименте.

Нальем воды в бокал до краев. Он полон. Может быть, для одной - двух булавок найдется место в бокале? Проверим. Начнем осмотрительно бросать булавки и считать их. 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 не только не выливается, но даже не поднялась сколь заметным образом над краями. Продолжим бросать булавки. Вторая, третья, четвертая сотня булавок оказалась в бокале – и ни одна капля не перелилась через край. Но теперь видно, как поверхность воды вздулась, возвышаясь немного над краями бокала. В этом вздутии вся разгадка непонятного явления. Вода мало смачивает стекло, если оно хоть 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.

Такая копейка существует не только в сказке, но и в действительности. В этом легко убедиться, если провести несколько легко выполнимых экспериментов. Начнем с иголки Положим на воду лоскуток папиросной бумаги, а на него – совершенно сухую иголку. Затем осторожно удалим папиросную бумагу из-под иглы. Игла же будет продолжать плавать. При помощи магнита, поднесенного к краю бокала можно управлять этой плавающей иглой. Вместо иглы можно заставить плавать и булавку (то и другое – не толще 2 мм).

Такая копейка существует не только в сказке, но и в действительности. В этом легко убедиться, если провести несколько легко выполнимых экспериментов. Чудеса продолжаются Вместо иголки можно взять скрепку, легкую пуговицу, мелкие плоские металлические предметы. Наловчившись, можно заставить плавать даже копейку.

Почему металлические предметы держатся на воде? Почему металлические предметы держатся на воде? Причина плавания этих металлических предметов в том, что вода плохо смачивает металл, побывавший в наших руках, а потому покрытый тончайшим слоем жира. Вокруг плавающей иглы или другого предмета на поверхности воды образуется вдавленность. Поверхностная пленка жидкости, стремясь распрямиться, оказывает давление вверх на плавающий предмет и поддерживает его. Поддерживает этот предмет также выталкивающая сила жидкости, согласно закону Архимеда: игла, например, выталкивается снизу с силой, равной весу вытесненной ею воды. Воды, кстати, вытесняется объемом побольше, чем у иглы, вокруг нее образуется как бы ложбинка в воде.

Смачивание имеет важное значение в природе, промышленной технологии, быту. Хорошее смачивание необходимо при крашении и стирке, обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, пропитке волокнистых материалов, склеивании, пайке, амальгамировании и т. д. Снизить смачивание до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. В некоторых случаях, например при флотации и эмульгировании твёрдыми эмульгаторами, требуется сохранение краевых углов в определённом интервале значений. Смачивание играет первостепенную роль в металлургических процессах, при диспергировании твёрдых тел в жидкой среде. Оно влияет на распространение грунтовых вод, увлажнение почв, разнообразные биологические и другие природные процессы. В развитие теории и разработку прикладных вопросов смачивания большой вклад внесли П. А. Ребиндер, А. Н. Фрумкин, Б. В. Дерягин и др.

С помощью законов физики можно создать решето в котором можно не только носить воду, но оно ещё и плавать будет. Межмолекулярные силы взаимодействия объясняют явления смачивания и несмачивания, которые встречаются в жизни каждый день и важны для людей.

Касьянов В. А. Физика.10 кл: Учебник для бщеобразовательных учреждений.-6-е изд.,стереотип.-М.:Дрофа, с.:ил. Касьянов В. А. Физика.10 кл: Учебник для бщеобразовательных учреждений.-6-е изд.,стереотип.-М.:Дрофа, с.:ил. Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга е издание, исправленное и дополненное-М.:Наука, с. Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга е издание, исправленное и дополненное-М.:Наука, с. Горюнов Ю. В., Сумм Б. Д., Смачивание, М., 1972 Горюнов Ю. В., Сумм Б. Д., Смачивание, М., 1972