«Чудеса» капиллярных явлений

Руководитель проекта – учитель физики –Зеленская Елена Владимировна

«Чудеса» капиллярных явлений.

Автор работы: Плешивская Дарья, 10 класс. МОУ «СОШ села Константиновка»

«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

МОУ «СОШ села Константиновка»

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

МОУ «СОШ села Константиновка»

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 см?, а общая площадь сечения всех капилляров примерно 3200 см?, 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.

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 Fж-т между молекулами жидкости и твердого тела(стенки капилляра) превосходят силы взаимодействия Fж между молекулами жидкости, поэтому жидкость втягивается внутрь капилляра, и подъем жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила Fв , действующая на жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h: Fв = mg. Жидкость не смачивающая стенки капилляров(Б), опускается в нем на расстояние h. По третьему закону Ньютона сила Fв , действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fпов , действующей на стенку по линии соприкосновения её с жидкостью: Fв = Fпов .

От чего зависит высота подъема жидкости в капилляре

т.о.при равновесии жидкости в капилляре Fпов = mg. Сила поверхностного натяжения при хорошем смачиванииFпов = ??2 ? r . Масса столба жидкости объемом V= ? r? h: m=?V=??r?h. Исходя из условия равновесия жидкости в капилляре: ??2 ? r =??r?hg, следовательно: Итак: высота подъема жидкости в капилляре зависит от свойств жидкости(её поверхностного натяжения ? и плотности ?), 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

ВЫВОД: ЧЕМ > h, ТЕМ < r .

r = 2?/?h?

H = 30 мм r = 2?/?h? = 2?0,0728/(1000 ?0,03 ?3,14) ? ? 0,00155 м ? 1,55 мм.

H = 42 мм r = 2?/?h? = 2?0,0728/(1000 ?0,042 ?3,14) ? ? 0,00110 м ? 1,1 мм.

H = 12 мм r = 2?/?h? = 2?0,0728/(1000 ?0,012 ?3,14) ? ? 0,00386 м ? 3,86 мм.

МОУ «СОШ села Константиновка»

Следовательно:

Образец №2- хлопчатобумажное полотенце.

Образец №3- бумажная салфетка.

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(D1 < D2, h1 > h2) Опустим в подкрашенную воду. Пронаблюдаем за подъемом воды.

ВЫВОД: наблюдаем подтверждение результатов предыдущего эксперимента .

МОУ «СОШ села Константиновка»

Эксперимент №2.

D1

D2

h1

h2

МОУ «СОШ села Константиновка»

Эксперимент №3.

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.

Вывод: Чем меньше воздушный клин между стеклянными пластинами, тем выше поднимается столбик воды.

МОУ «СОШ села Константиновка»

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.

Эксперимент №4.

Вывод: Чем меньше воздушный зазор между стеклянными пластинами, тем выше поднимается столбик воды.

Выводы:

Изучено явление капиллярности. Результат капиллярных явлений зависит от силы взаимодействия молекул внутри жидкости, и от силы взаимодействия молекул твердого тела с молекулами жидкости. Чем меньше радиус капилляра, тем выше поднимается вода по капилляру. Уровень движения жидкости по капиллярам зависит также от плотности жидкости и поверхностного натяжения. Наименьший воздушный зазор между стеклянными пластинами дает яркую картину капиллярных явлений. По ткани и бумаге вода поднимается потому, что эти материалы пронизаны капиллярами.

МОУ «СОШ села Константиновка»

Созданные материалы:

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

Список ресурсов:

МОУ «СОШ села Константиновка»

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,1979.-224с. 4. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики:Кн.для учителя: Из опыта работы.-2-е изд.,перераб.-М.:Просвещение,1988.-159 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.