эксперимент на мкс

ГБОУ школа-интернат № 117 им. Т. С. Зыковой г. о. Самара

Проект

Эксперимент на международной космической станции

Выполнила ученица 9 Б2 класса

ГБОУ школы интерната № 117

им. Т. С. Зыковой г. О. Самара

Латышкина Александра

Руководитель: Шишкова И. В.

Самара

2018

Актуальность темы исследования обусловлена дальнейшем развитием науки в области  космоса.

Предмет нашего исследования - вода.

Цель нашей работы: выяснить, как влияет вакуум на воду, определить различия поведения воды на Земле и в космосе.

Достижение целей обеспечивается решением следующих задач:

1. рассмотреть поведение воды в условиях космоса,
2. провести опыт закипания воды в условиях вакуума,
3. проанализировать полученные результаты.

Гипотеза состоит в том, что в вакууме тела ведут себя несколько иначе, чем на Земле, где существует гравитация. Предполагается, что процессы, происходящие с водой в вакууме помогут науке  в дальнейшем при покорении космоса.

Методы исследования:

1. библиографический анализ литературы и материалов сети Internet;
2. выделение и синтез главных компонентов;
3. просмотр материалов сети Internet с экспериментами на МКС;
4. проведение опыта.

Покоряя космос, человечество пытается понять, как действует невесомость на человека и на привычные для нас процессы. Мы с вами поговорим об одном из важных веществ на нашей планете, о воде, и рассмотрим ее поведение в разных ситуациях.

Вода – уникальная субстанция, дающая жизнь всему на нашей планете. Она входит в состав каждой клеточки всех живущих на Земле организмов. Несмотря на то, что вода является для нас таким простым и обыденным спутником в повседневной жизни, она хранит множество тайн и сюрпризов.

Мы с вами, конечно, знаем, как ведет себя вода на Земле. На воду, как и на любую другую жидкость, налитую в какую-либо емкость, под влиянием земной гравитации действует сила притяжения, которая прижимает жидкость ко дну сосуда. В то же время присутствуют силы поверхностного натяжения, заставляющие воду занимать как можно меньший объем. Эти силы позволяют налить воды в сосуд чуть больше, чем позволяет его объем. Вода как будто собирается шапкой над краями стенок. Выливаться ей не дает сила поверхностного натяжения.

Действие этой силы можно наблюдать, когда положенная на поверхность воды иголка остается плавать. Еще одно проявление силы поверхностного натяжения проявляется, когда вода выливается из наклоненного сосуда: струя воды всегда принимает форму цилиндра. При наличии гравитации сила поверхностного натяжения и сила тяжести всегда уравновешены.

Но как ведет себя вода в невесомости? Все тела в космическом корабле, находящемся на орбите планеты, пребывают в состоянии невесомости. Поэтому на воду в салоне космического аппарата в большей степени начинает действовать сила поверхностного натяжения. Известно, что шар, как геометрическое тело, обладает наименьшей площадью поверхности при одинаковом с другими телами объемом.

Вода принимает сферическую форму, в состоянии невесомости жидкость не подвергается ни какому давлению, ни к чему не стремится, изменения и искажения не властны над жидкостью в таких условиях. 

На космической станции провели эксперимент, суть эксперимента в том, что если собрать мочалкой воду и отжать ее, то вода останется на мочалке и не будет каплями расходиться по пространству. Эксперимент прошел удачно.

Еще не менее важный вопрос, как кипит вода в невесомости? Всем известна примерная температура кипения воды у поверхности Земли (при нормальном атмосферном давлении) - 100°С. Но если увеличить давление над поверхностью воды, то температура кипения воды будет повышаться. Это используется в скороварках, для быстрого приготовления пищи. Может использоваться в медицинских учреждениях, где стерилизуются инструменты при более высокой температуре при кипении воды, чем 100 °С. Но в горах примерная температура кипения воды уже будет составлять 80-90°. От чего это зависит? Если уменьшать давление над поверхностью воды температура кипения воды уменьшается.

Определим влияние давления на температуру кипения воды с помощью установки. На вакуумную тарелку установлен стеклянный колокол под которым находится кювета с водой, в которую опущен термометр. Температура воды 25°С. При откачивании воздуха из под колокола мы будем наблюдать за давлением с помощью манометра. При уменьшении давления, мы видим маленькие воздушные пузырьки, которые стремятся к поверхности воды. Появление этих пузырьков свидетельствует о начале кипении воды. Пузырьки становятся все больше и больше, вода бурно кипит. Но температура воды не изменилась - 25°С.

Значит, чем меньше давление - тем меньше температура кипения воды. Давление создают молекулы воздуха. Чем выше находимся от поверхности Земли, тем легче слои воздуха. В космосе воздуха нет - вакуум, значит вода должна закипать при не высоких температурах. Но только это будет холодный «кипяток».

Что нам это дает, для чего нам это надо знать? Кипение в условиях низкой гравитации - забавнейшее зрелище. Но оно имеет значение не только как развлечение, а может преподнести ученым кое-какие открытия в области физики. Еще несколько лет назад никто не знал, что представляет собой процесс кипения в космосе. Конечно, физики ломали голову, анализируя сложный характер кипения здесь, на Земле. Про космос же только предполагали. А ведь это важный вопрос, потому что кипение происходит не только в чайнике, но и в электрогенераторах и в системах охлаждения космического корабля. Поэтому инженерам необходимо знать, как происходит этот процесс.

Вывод: Поняв, как кипит жидкость в космосе, можно создать более совершенную систему охлаждения для космического корабля. Эти знания можно применить и для разработки электрогенераторов, использующих солнечный свет для подогрева воды до состояния пара, которая затем бы вращала турбину, вырабатывая электричество. Это исследование может найти применение и на Земле - полученные данные можно использовать для лучшего изучения феномена кипения, что позволит усовершенствовать и земные электростанции.

Литература

https://nz1.ru/eto-interesno/358-kak-vedet-sebya-voda-v-kosmose.html

http://esoreiter.ru/index.php?id=0615/24-06-2015-160540.html&dat=news&list=06.2015

http://go2mars.info/?p=1127

http://iessay.ru/ru/other/prirodovedenie/stati/zemlya-kak-planeta/svojstva-vody