Проект " Поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе и технике."
проект по физике (10 класс)

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ВЕЧЕРНЯЯ (СМЕННАЯ) ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1»

ПРОЕКТ

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ И КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

                                                                      Авторы проекта:

                                                                       учащиеся 10 класса               

                                                                 Руководитель проекта:      

                                                  учитель физики

                                                                                       Добровольский Анатолий Андреевич

Рубцовск

2020

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ................................................................................................................ . 3

1. Строение и свойства жидкостей......................................................................... 4

     1.1 Поверхностное натяжение.. ......................................................................... 5

     1.2  Адгезия………………………………………………….............................  6

     1.3  Капиллярность…………….. …..................................................................  6

     1.4  Наши эксперименты....................................................................................  7

     1.5  Роль поверхностного натяжения жидкости и капиллярных явлений в

            природе и технике........................................................................................  8

     1.5.1Поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе ..............  8

     1.5.2 Поверхностное натяжение и капиллярные явления в технике................ 9

 2. Заключение ….......................................................................................................  10

 3. Информационные ресурсы ….............................................................................. 13

2

Введение

     Ежедневно мы моем руки, потом вытираем их полотенцем или бумажной салфеткой, на уроках пишем в тетрадях шариковыми или капиллярными ручками, иногда нам приходиться склеивать разорванные, сломанные или разбитые поверхности, наблюдать как горит свечка. Однако мы  практически не задумываемся, почему мыть руки лучше тёплой водой и с мылом и каким образом работает обычное полотенце? Или почему клей склеивает поверхности? Или почему горит свечка?  Ответы на все эти вопросы мы могли – бы получить при изучении раздела «Основы молекулярно-кинетической теории», потому что все они, так или иначе, связаны с темой «Поверхностное натяжение и смачивание, капиллярные явления». Однако, эта тема там практически не изучается. Учитель предложил нам самостоятельно более глубоко исследовать этот вопрос. Так как с приведенными выше действиями мы сталкиваемся постоянно — наша исследовательская работа актуальна.

  Проблема - изучить какую роль играет поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе и технике. 

  Объект исследования — поверхностное натяжение и  капиллярные явления.

  Предмет исследования — причины возникновения и роль поверхностного натяжения жидкости и капиллярных явлений в природе и технике. 

  Цель – выявить какую роль играет поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе и технике.

  Задачи: 

1. Проанализировать данные литературных источников о свойствах поверхности жидкости и капиллярных явлениях (теоретическое обоснование, причины возникновения).

2. Рассмотреть опыты по обнаружению силы поверхностного натяжения жидкости, подтверждение существования явлений смачивания и несмачивания и капиллярных явлений.

3. Провести эксперименты по выявлению поверхностного натяжения жидкости и капиллярных явлений.
4. Рассмотреть примеры поверхностного натяжения жидкости и капиллярных явлений  в природе и технике.
5. Определить какую роль играет поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе и технике.

  Гипотеза: Поверхностное натяжения жидкости и капиллярных явлений играют важную роль  в природе и технике.

  Методы исследования:  Поиск.  Изучение и обобщение. Эксперимент. Анализ.

  Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем биологии и физики для объяснения соответствующих тем.

  Этапы работы:

подготовительный (теоретический) (ноябрь 2020 г.) – сбор информации по теме исследования из различных источников, планирование работы;

практический (декабрь 2020 г.) – проведение наблюдений и экспериментов по выявлению поверхностного натяжения жидкости и капиллярных явлений в природе и технике, анализ собранных данных;

оформление и защиты (январь 2021 г.) – оформление собранных данных, подготовка к защите.

  Тип проекта — исследовательский.

3

1. Строение и свойства жидкостей

      Жидкость - агрегатное состояние вещества, занимающее промежуточное положение между его твёрдым и газообразным состояниями. Самая распространённая жидкость на Земле - вода. Её твёрдое состояние - лёд, а газообразное - пар.                                             1. Расстояние между молекулами меньше радиуса молекулярного действия. Они обладают большей свободой, чем молекулы твёрдого вещества, хотя полностью свободно перемещаться не могут. Между молекулами существует ближний порядок.       2. Молекулы колеблются около положения равновесия очень короткое время(10-10 – 10-12 с), затем молекула переходит в новое состояние равновесия.                                          3. Вследствие действия молекулярных сил в жидкости возникает молекулярное давление  (1100 МПа) (Слайд 2)

      Основное физическое свойство жидкости - текучесть. Когда к жидкости прикладывается внешняя сила, в ней возникает поток частиц, направление которого совпадает с направлением этой силы. Наклонив чайник с водой, мы увидим, как вода потечёт из его носика вниз под действием силы тяжести. Точно так же вытекает вода из лейки, когда мы поливаем растения в саду. Подобное явление мы наблюдаем в водопадах.

       Вследствие текучести жидкость способна менять форму за малое время под действием даже небольшой силы. Все жидкости могут литься струёй, разбрызгиваться каплями. Их легко перелить из одного сосуда в другой. При этом они не сохраняют форму, а принимают форму того сосуда, в котором находятся. Это свойство жидкости используют, например, при литье металлических деталей. Расплавленный жидкий металл разливают в формы определённой конфигурации. Остывая, он превращается в твёрдое тело, сохраняющее эту конфигурацию.                                                          

        Текучесть увеличивается с ростом температуры жидкости и уменьшается при её снижении. Это объясняется тем, что с повышением температуры расстояние между частицами жидкости также увеличивается, и они становятся более подвижными. Зависит текучесть и от структуры молекул. Чем сложнее их форма, тем меньшей текучестью обладает жидкость.

       Различные жидкости имеют разную текучесть. Так, вода из бутылки вытекает быстрее, чем растительное масло. Мёд из стакана выливается медленнее, чем молоко. На эти жидкости действуют одинаковые силы тяжести. Так почему же их текучесть отличаются? Всё дело в том, что они обладают различной вязкостью. Чем выше вязкость жидкости, тем меньше её текучесть.

        Что же такое вязкость, и какова её природа? Вязкость также называют внутренним трением. Это способность жидкости сопротивляться перемещению различных слоёв жидкости относительно друг друга. Молекулы, находящиеся в одном из слоёв и сталкивающиеся между собой во время теплового движения, сталкиваются ещё и с молекулами соседних слоёв. Возникают силы, тормозящие их движение. Они направлены в сторону, противоположную движению рассматриваемого слоя.                                                                                                  

        Вязкость - важная характеристика жидкостей. Её учитывают в различных технологических процессах, например, когда по трубопроводам необходимо перекачивать жидкость.

      Расстояние между молекулами внутри жидкости очень мало. Оно меньше размеров самих молекул. Поэтому жидкость очень трудно сжать механически. Давление, производимое на жидкость, заключённую в сосуд, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Так формулируется закон Паскаля. На этой особенности жидкостей основана работа тормозных систем, гидравлических прессов и других гидравлических устройств.

4

         Жидкость сохраняет свой объём, если не изменяются внешние условия (давление, температура). Но при нагревании объём жидкости увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Впрочем, здесь есть исключение. При нормальном давлении и повышении температуры от 0 до 4о объём воды не увеличивается, а уменьшается.    

         Жидкости могут растворяться друг в друге. Эта их способность называется смешиваемостью. Если поместить в один сосуд две смешиваемые жидкости, то в результате теплового движения их молекулы постепенно будут переходить через границу раздела. В результате произойдёт смешивание. Но не все жидкости могу смешиваться. Например, вода и растительное масло не смешиваются никогда. А воду и спирт смешать очень легко.

        Однако, в нашем исследовании мы более подробно изучим такие свойства жидкости как  поверхностное натяжение, адгезию (смачивание и несмачивание), капиллярность. (Слайд 3)

1.1 Поверхностное натяжение 

         Явление поверхностного натяжения мы наблюдаем каждый раз, когда вода медленно капает из водопроводного крана. Сначала мы видим тонкую прозрачную плёнку, которая растягивается под тяжестью воды. Но она не рвётся, а охватывает небольшое количество воды и образует капельку, падающую из крана. Её создают силы поверхностного натяжения, которые стягивают воду в маленькое подобие шара.  (Слайд 4)                     

         Как возникают эти силы? В отличие от газа жидкость заполняет только часть объёма сосуда, в котором находится. Её поверхность - это граница раздела между самой жидкостью и газом (воздухом или паром). Со всех сторон молекулу, находящуюся внутри жидкости окружают другие молекулы той же жидкости. На неё действуют силы межмолекулярного воздействия. Они взаимно уравновешены. Равнодействующая этих сил равна нулю. А на молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, силы притяжения со стороны молекул этой же жидкости могут действовать только с одной стороны. С другой стороны на них действуют силы притяжения молекул воздуха. Но так как они очень малы, ими пренебрегают.

           Равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся на поверхности, направлена внутрь жидкости. И чтобы не оказаться втянутой в жидкость и остаться на поверхности, молекула совершает работу против этой силы. В результате молекулы верхнего слоя получают дополнительный запас потенциальной энергии. Чем больше поверхность жидкости, тем большее количество молекул находится там, и тем больше потенциальная энергия. Но в природе всё устроено так, что любая система старается свести свою потенциальную энергию до минимума. Следователь, существует сила, которая будет стремиться сократить свободную поверхность жидкости. Эта сила называется силой поверхностного натяжения.

            Натяжение поверхности жидкости очень велико. И чтобы его разорвать требуется довольно значительная сила. Ненарушенная поверхность воды может легко удерживать монету, лезвие бритвы или стальную иголку, хотя эти предметы значительно тяжелее воды. Сила тяжести, действующая на них, оказывается меньше силы поверхностного натяжения воды.

               Наименьшую поверхность из всех геометрических объёмных тел имеет шар. Поэтому если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, то она принимает форму сферы. Такую форму имеют капли воды в невесомости. Мыльные пузыри или пузыри кипящей жидкости также стараются принять сферическую форму.

5

1.2 Адгезия 

         Все мы знаем, что гуси и утки выходят из воды сухими. Почему же их перья не намокают? Оказывается, у них есть специальная железа, которая выделяет жир, которым водоплавающие птицы при помощи клюва смазывают свои перья. И они остаются сухими, потому что вода стекает с них капельками.

         Поместим каплю воды на пластинку из полистирола. Она принимает форму сплющенного шарика. Такую же каплю попробуем поместить на стеклянную пластинку. Мы увидим, что на стекле она растекается. Что же происходит с водой? Всё дело в том, что силы притяжения действуют не только между молекулами самой жидкости, но и между молекулами разных веществ в поверхностном слое. Эти силы называются силами адгезии (от латинского adhaesio - прилипание).

         Взаимодействие жидкости с твёрдым телом называют смачиванием. Но поверхность твёрдого тела смачивается не всегда. Если окажется, что молекулы самой жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к твёрдой поверхности, то жидкость соберётся в капельку. Именно так ведёт себя вода на пластинке из полистирола. Она не смачивает эту пластинку. Точно так же не растекаются капельки утренней росы на листиках растений. И по этой же причине вода стекает с покрытых жиром перьев водоплавающих птиц.

         А если притяжение молекул жидкости к твёрдой поверхности сильнее сил притяжения между самими молекулами, то жидкость расплывается на поверхности. Поэтому наша капелька на стекле также растеклась. В этом случае вода смачивает поверхность стекла. (Слайд 5)

1.3  Капиллярность

         Капиллярные явления, совокупность явлений, обусловленных поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред (в системах жидкость - жидкость, жидкость - газ или пар) при наличии искривления поверхности. Частный случай поверхностных явлений.

         Изучив подробно силы, лежащих в основе капиллярных явлений, стоит перейти непосредственно к капиллярам. Так, опытным путём можно пронаблюдать, что смачивающая жидкость (например, вода в стеклянной трубке) поднимается по капилляру. При этом, чем меньше радиус капилляра, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость. (Слайд 6) Жидкость, не смачивающая стенки капилляра (например, ртуть с стеклянной трубке), опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Так почему же смачивающая жидкость поднимается по капилляру, а несмачивающая опускается?

         Не трудно заметить, что непосредственно у стенок сосуда поверхность жидкости несколько искривлена. Если молекулы жидкости, соприкасающиеся со стенкой сосуда, взаимодействуют с молекулами твёрдого тела сильнее, чем между собой, в этом случае жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения с твёрдым телом (смачивающая жидкость). При этом поверхность жидкости изгибается вниз и говорят, что она смачивает стенки сосуда, в котором находится. Если же молекулы жидкости взаимодействуют между собой сильнее, чем с молекулами стенок сосуда, то жидкость стремится сократить площадь соприкосновения с твёрдым телом, её поверхность искривляется вверх. В этом случае говорят о несмачивании жидкостью стенок сосуда.

         В узких трубочках, диаметр которых составляет доли миллиметра, искривлённые края жидкости охватывают весь поверхностный слой, и вся поверхность жидкости в таких трубочках имеет вид, напоминающий полусферу. Это так называемый мениск. Он может быть вогнутым, что наблюдается в случае смачивания, и выпуклым при несмачивании. Радиус кривизны поверхности жидкости при этом того же порядка, что и радиус трубки. Явления смачивания и несмачивания в данном случае также характеризуется краевым углом θ между смоченной поверхностью капиллярной трубки

6

и мениском в точках их соприкосновения.

         Под вогнутым мениском смачивающей жидкости давление меньше, чем под плоской поверхностью. Поэтому жидкость в узкой трубке (капилляре) поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление поднятой в капилляре жидкости на уровне плоской поверхности не скомпенсирует разность давлений. Под выпуклым мениском несмачивающей жидкости давление больше, чем под плоской поверхностью, и это ведёт к опусканию несмачивающей жидкости.

1.4  Наши эксперименты

     Эксперимент №1 «Обнаружение силы поверхностного натяжения жидкости».

Оборудование: стакан с водой и мыльным раствором, иголка, проволочный каркас с нитью.
Порядок выполнения работы:
1) Сначала мы налили воду в стакан.

2) Потом осторожно положили иголку на поверхность воды. Иголка не утонула. Мы внимательно рассмотрели форму поверхности воды около иголки. Поверхность вокруг иголки прогнулась. (Слайд 7)   

 3) Затем мы взяли проволочный каркас и привязали к нему нить, длина которой больше диаметра каркаса. Погрузили каркас в мыльный раствор и получим пленку. Нить на ней лежала в произвольном положении. Прокололи пленку с одной стороны нити, и наблюдали, что пленка, оставшаяся с другой стороны нити, сокращается, натягивая нить. Таким образом, поверхность жидкости обладает следующим свойством: она стремится сократиться так, чтобы ее площадь поверхности стала минимальной. Силы, стремящиеся сократить эту поверхность и удерживающие иголку на поверхности воды и называются силами поверхностного натяжения.  (Слайд 8)   

      Эксперимент №2 «Подтверждение существования явлений смачивания и не смачивания. ».

Оборудование: стеклянная пластинка, ватка, одеколон, чистый лист белой бумаги, стеарин, пипетка, стакан воды.

Порядок выполнения работы:

1) Хорошо вымыли пластину мылом и теплой водой.

2) Когда она высохла,  мы протерли одну сторону ваткой, смоченной в одеколоне. 

3) Потом взяли кусочек гладкой белой бумаги и накапали на него стеарин со свечи, чтобы на нем получилась ровная плоская стеариновая пластинка размером с донышко стакана. Положили рядом стеариновую и стеклянную пластинки.

4) Капнули из пипетки на каждую из них по маленькой капле воды. На стеариновой пластинке получилось полушарие диаметром примерно 3 миллиметра, а на стеклянной пластинке капля растеклась.

5) После этого мы взяли стеклянную пластинку и наклонили ее. Капля уже и так растеклась, а теперь она потекла дальше, что свидетельствует о том что молекулы воды охотнее притягиваются к стеклу, чем друг к другу. Происходит процесс смачивания. Другая же капля каталась по стеарину при наклонах пластинки в разные стороны. Удержаться на стеарине вода не могла. Это наглядно показывает, что вода стеарин  не смачивает, молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стеарина.  (Слайд 9)

       Эксперимент №3. «Подтверждение существования капиллярных явлений».

Оборудование: стакан с водой, х/б тряпочка.

7

Порядок выполнения работы:

Мы взяли чистую тряпочку и опустили один ее конец в стакан с водой, а другой

свесили наружу через край стакана. Вода начала подниматься по порам ткани, аналогичным капиллярным трубкам, и постепенно пропитывать всю тряпочку. Через некоторое время избыток воды начал капать с висящего конца тряпочки. Поднятие жидкости по тряпочке происходит тогда, когда силы притяжения молекул жидкости друг к другу меньше сил их притяжения к молекулам твердого тела. В этом случае говорят, что жидкость смачивает твердое тело. (Слайд 10) 

1.5  Роль поверхностного натяжения жидкости и капиллярных явлений в природе и технике

       Понятие поверхностного натяжения впервые ввел Я. Сегнер (1752). В 1-й половине 19 в. на основе представления о поверхностном натяжении была развита математическая теория капиллярных явлений (П. Лаплас, С. Пуассон, К. Гаусс, А.Ю. Давидов). Во 2-й половине 19 в. Дж. Гиббс развил термодинамическую теорию поверхностных явлений, в которой решающую роль играет поверхностное натяжение. Среди современных актуальных проблем - развитие молекулярной теории поверхностного натяжения различных жидкостей, включая расплавленные металлы. Силы поверхностного натяжения и капиллярных явлений играют существенную роль в явлениях природы, биологии, медицине, в различных современных технологиях, полиграфии, технике, в физиологии нашего организма.

1.5.1  Поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе

      Роль поверхностных явлений в живой природе разнообразна. Поверхностная пленка воды является для многих организмов опорой для движения. Так, водомерки опираются на воду только конечными члениками широко расставленных лапок; лапка, покрытая воскообразным налетом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом перемещаются береговые пауки некоторых видов, но их лапки располагаются не параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней. Секрет способности насекомого держаться на воде заключается в достаточно большом значении ее поверхностного натяжения (поверхностной энергии). (Слайд 11)

        По капиллярам кладки зданий происходит подъем грунтовой воды (в отсутствии гидроизоляции); по капиллярам фитиля поднимаются горючие и смазочные вещества. Использование промокательной бумаги, полотенца основано на капиллярных явлениях. Пчелы извлекают нектар из глубин цветка посредством очень тонкой капиллярной трубки, находящейся внутри пчелиного хоботка.                                                        

       Огромна роль капиллярных явлений в биологии, так как большинство растительных и животных тканей пронизано громадным числом капилляров. Стволы деревьев, ветви растений пронизаны огромным числом капиллярных трубочек, по которым питательные вещества поднимаются до самых верхних листочков. Корневая система растений оканчивается тончайшими нитями – капиллярами. И сама почва, являющаяся источником питания для корня, может быть представлена как совокупность капиллярных трубочек, по которым, в зависимости от ее структуры и обработки, быстрее или медленнее, поднимается к поверхности вода с растворенными в

8

ней веществами. Высота подъема жидкости в капилляре тем больше, чем меньше его диаметр. Для сохранения влаги в почве, необходимо почву перекапывать, чтобы закрыть капилляры; для осушения почвы ее необходимо утрамбовывать. (Слайд 12)

Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабер, подвешиваются снизу к поверхностной плёнке воды с помощью не смачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Этим приёмом “пользуются” личинки комаров (в том числе и малярийных).

Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желёз, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключённый между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает запас плавучести, действуя подобно спасательному поясу.

Воскообразный налёт на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений. Наличием того же воскового налёта объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, стога сена. 

1.5.2  Поверхностное натяжение и капиллярные явления в технике

        Самый распространенный пример капиллярного явления – это принцип работы обыкновенного полотенца или бумажной салфетки. Вода с рук уходит на полотенце или бумажную салфетку за счет подъема жидкости по тонким волокнам, из которых они состоят. Второй пример – это горение свечки. Топливо поступает по фитилю за счет движения по волокнам фитиля, как по капиллярным трубкам.

        Без поверхностного натяжения и капиллярных явлений мы не могли бы писать чернилами. Обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар. Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы. Известно, что мыльная вода особенно легко дает тонкие пленки, хотя коэффициент поверхностного натяжения мыльной воды значительно меньше коэффициента поверхностного натяжения чистой воды. Это объясняется большой вязкостью мыльной воды, благодаря чему она стекает под влиянием силы тяжести медленнее, чем чистая вода и поэтому легче удерживается между поверхностными слоями. Пострадали бы важные функции нашего организма.  (Слайд 13)   

          Проявления сил поверхностного натяжения столь многообразны, что даже перечислить их все нет возможности.

          В медицине измеряют динамическое и равновесное поверхностное натяжение сыворотки венозной крови, по которым можно диагностировать заболевание и вести контроль над проводимым лечением. Установлено, что вода с низким поверхностным натяжением биологически более доступна. Она легче вступает в молекулярные взаимодействия, тогда клеткам не надо будет тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения.

         Непрерывно растут объёмы печати на полимерных плёнках благодаря бурному развитию упаковочной индустрии, высокому спросу на потребительские товары в красочной полимерной упаковке. Важное условие грамотного внедрения подобных технологий — точное определение условий их применения в полиграфических процессах. В полиграфии обработка пластика перед печатью необходима для того, чтобы краска ложилась на материал. Причина заключается в поверхностном натяжении материала. Результат определяется тем, как жидкость смачивает поверхность изделия.

9

Смачивание считается оптимальным, когда капля жидкости остается там же, где она была нанесена. В других случаях жидкость может скатываться в каплю, либо, наоборот, растекаться. Оба случая в равной степени приводят к отрицательным результатам во время переноса краски. В бумажной промышленности приходится учитывать капиллярность при изготовлении различных сортов бумаги. Например, при изготовлении писчей бумаги ее пропитывают специальным составом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, в промокательной бумаге, в перьях для подачи чернил. (Слайд 14)   

           Большое значение капиллярные явления имеют в строительном деле.
Капиллярные явления рассматриваются в учебниках строительных материалов – как капиллярное всасывание, т. е. подъём жидкости (воды) по капиллярам материала. Приводится классическое проявление капиллярного всасывания – подъём воды из грунта по фундаменту и стенам, чему должна препятствовать вертикальная и горизонтальная гидроизоляция.

      Смачивание – первая стадия взаимодействия любого строительного материала, прежде всего, с водой, главной жидкостью, с которой контактирует материал в процессе эксплуатации.

        Пористые строительные материалы, такие как легкий бетон, стеновой кирпич, раствор, дерево и многие утеплители, всасывают воду. Это может привести к строительным повреждениям вследствие увлажнения строительных конструкций, как, например, разрушения вследствие замерзания, к коррозии и откалыванию штукатурки, краски и обоев, к образованию плесени и грибковых поражений, а также к уменьшению теплоизоляции и к ухудшению внутренней среды в помещениях.

        Поэтому, более долговечный и эффективный способ защиты строительных материалов от влаги - это глубокая пропитка окунанием в водоотталкивающий состав, который закупоривают капилляры. Для того, чтобы жилой дом эксплуатировался как можно дольше необходимо правильно защитить стены его фундамента от разрушительного воздействия грунтовых, дождевых и талых вод. Гидроизоляция стен предотвращает пропитывание бетона или кирпича влагой, что значительно снижает уровень их промерзания в зимний период и делает дом теплее. (Слайд 15)

2. Заключение

 1.  В  начале нашего проекта мы поставили перед собой цель - выявить какую роль играет поверхностное натяжение и капиллярные явления в природе и технике.

      Была выдвинута гипотеза - поверхностное натяжения жидкости и капиллярных явлений играют важную роль  в природе и технике

 2. Наша работа в рамках исследовательского проекта позволяет сделать вывод о том что жидкость - агрегатное состояние вещества, занимающее промежуточное положение между его твёрдым и газообразным состояниями.

Свойства жидкостей: 1. Легко меняют свою форму. Принимают форму сосуда, в котором находятся (текучесть). 2. При изменении формы сохраняют свой объём. 3. Молекулы жидкостей расположены близко друг к другу, притяжение между ними более сильное, чем у газов. 4. В расположении молекул жидкостей нет строгого порядка, как у твёрдых тел. 5. Молекулы жидкостей могут колебаться у одного положения равновесия, а могут перескакивать на другое. Жидкости могут растворяться друг в друге. Эта их способность называется смешиваемостью. Однако, среди свойств жидкости особую роль играют такие свойства, как поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления.

10

          Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

          Сма́чивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. 

Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:

• молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт 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 твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.

         Капилля́рность (от лат. capillaris — волосяной; отсюда происходит встречавшийся ранее в русскоязычной научной литературе термин воло́сность) или капиллярный эффект — явление подъема или опускания жидкости в капиллярах — узких трубках, каналах произвольной формы, пористых телах. В поле силы тяжести (или сил инерции, например, при центрифугировании пористых образцов) поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке.

         Силы поверхностного натяжения и капиллярных явлений играют существенную роль в явлениях природы, биологии, медицине, в различных современных технологиях, полиграфии, технике, в физиологии нашего организма.

3.  Роль поверхностных явлений в живой природе и технике разнообразна. Поверхностная пленка воды является для многих организмов опорой для движения (водомерки, береговые пауки). Стволы деревьев, ветви растений пронизаны огромным числом капиллярных трубочек, по которым питательные вещества поднимаются до самых верхних листочков. Корневая система растений оканчивается тончайшими нитями – капиллярами. И сама почва, являющаяся источником питания для корня, может быть представлена как совокупность капиллярных трубочек, по которым, в зависимости от ее структуры и обработки, быстрее или медленнее, поднимается к поверхности вода с растворенными в ней веществами. Высота подъема жидкости в капилляре тем больше, чем меньше его диаметр.                                                                  

          Без поверхностного натяжения и капиллярных явлений мы не могли бы писать чернилами. Обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар. Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы. Известно, что мыльная вода особенно легко дает тонкие пленки, хотя коэффициент поверхностного натяжения мыльной воды значительно меньше коэффициента поверхностного натяжения чистой воды. Это объясняется большой вязкостью мыльной воды, благодаря чему она стекает под

11

влиянием силы тяжести медленнее, чем чистая вода и поэтому легче удерживается между поверхностными слоями. Самый распространенный пример капиллярного явления – это принцип работы обыкновенного полотенца или бумажной салфетки. Вода с рук уходит на полотенце или бумажную салфетку за счет подъема жидкости по тонким волокнам, из которых они состоят. Второй пример – это горение свечки. Топливо поступает по фитилю за счет движения по волокнам                                         фитиля, как по капиллярным трубкам.
          Свойства поверхностного натяжения и капиллярных явлений широко применяются в строительстве, медицине, полиграфии.

        Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем физики

и биологии для объяснения тем «Поверхностное натяжение и смачивание, капиллярные явления.»

        Поставленные цели достигнуты, задачи решены.

   За время работы над проектом, нами была изучена лишь небольшая часть практического применения поверхностного натяжения и капиллярных явлений в природе и технике. В дальнейшем, мы планируем продолжим наши исследования в этом направлении.

12

3.  ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2012
2.  Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.
3. Перельман. Физика. Книга первая. – М., Изд-во «Наука», 1971.
4. http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/355-svojstva-zhidkoste
5. https://rosuchebnik.ru/material/kapillyarnye-yavleniya-7419/
6. https://studopedia.net/3_59212_smachivanie-formula-laplasa-kapillyarnie-yavleniya-i-ih-rol-v-prirode.html
7. https://urok.1sept.ru/articles/657176
8. https://ru.wikipedia.org/wiki

13