ВОЗМОЖНОСТИ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ВОЗДУШНЫХ  ШАРОВ  ДЛЯ  ПОСТАНОВКИ  ФИЗИЧЕСКИХ  ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Фирсина  Елена

класс  7  «а»,  МОУ  «СосновскаяСОШ»

Шмидт  Елена  Фридриховна

научный  руководитель,  учитель  физики  II  квалификационной  категории  МОУ  «Сосновская  СОШ»

Введение

Нас  окружает  мир  —  прекрасный  и  таинственный.  Человек  начинает  познавать  этот  мир  с  самого  рождения,  но  не  все  тайны  удаётся  раскрыть.

Дети  очень  любопытны  и  любят  всё  яркое  и  красивое.  Внимание  малышей  легко  привлечь  игрушкой,  например,  воздушным  шариком.  Оказывается,  с  шариками  можно  не  только  играть,  но  и  проводить  интересные  опыты.  Воздушные  шарики  —  бесценный  подручный  материал  для  наблюдения  физических  явлений  и  постановки  различных  физических  экспериментов.

Я  наблюдала  за  воздушными  шарами  и  попробовала  объяснить  их  поведение  с  точки  зрения  физики.  Эту  науку  я  начала  изучать  в  этом  учебном  году.  Все  говорили,  что  физика  —  это  очень  сложная  наука,  но  оказалось,  что  она  очень  интересная.  Я  увлеклась  физическими  опытами  и  узнала  много  нового.  Мне  хочется  поделиться  своими  знаниями  со  всеми.

Цель  моей  работы:  объяснить  поведение  воздушных  шаров  в  физических  экспериментах  с  точки  зрения  физических  законов.  Для  достижения  этой  цели  я  ставлю  следующие  задачи:

1.Поставить  опыты  с  использованием  воздушных  шариков.

2.Зафиксировать  наблюдаемые  явления.

3.Найти  в  различных  источниках  информацию,  позволяющую  объяснить  наблюдаемые  явления.

Методы:  наблюдение,  постановка  эксперимента,  описание,  поиск  информации  в  разных  источниках.

Практическая  часть

Опыт  1.

Я  надула  воздушный  шарик  и  попыталась  утопить  его  в  воде,  прикладывая  силу.

Наблюдение:  шарик  не  тонет.  Удержать  под  водой  его  можно,  но  как  только  убираю  руки,  он  всплывает.

Объяснение:  внутри  шара  находится  воздух,  он  легче  воды.  В  воде  на  шар  действует  сила  Архимеда,  направленная  вверх,  она-то  и  выталкивает  его,  когда  я  убираю  руки  [3].

Опыт  2.

Я  надула  шарик  и  проткнула  его  иголкой  —  он  лопнул  с  громким  треском.  В  другой  шарик  мне  удалось  воткнуть  иглу  и  даже  не  одну  —  шарик  остался  цел!

Это  можно  сделать  тремя  способами:

1.   С  боков,  где  резина  сильно  растянута,  приклеить  скотч  и  проколоть  шарик  в  этом  месте.

2.   Там,  где  резина  наиболее  толстая,  то  есть  «на  макушке».

3.   Там,  где  резина  не  натянута  –  где  нитка.

Объяснение:  в  этих  местах  резина  не  натянута,  нарушение  целостности  оболочки  не  сопровождается  разрывам.  С  боков  удержать  оболочку  от  разрыва  помогает  скотч.  Отверстие  от  иголки  маленькое  и  шарик  сдувается  незаметно. 

Опыт  3.

Испытаем  шарик  на  прочность.  Надутый  воздушный  шар  кладу  на  иппликатор  Кузнецова.  Сверху  придавливаю  рукой.

Наблюдение:  шарик  меняет  форму  —  он  сплющился,  но  не  лопнул.  Усилю  нагрузку  —  сверху  положу  тяжелые  книги.  Шар  остается  целым,  хотя  иголочки  достаточно  острые.

Объяснение:  из-за  большого  количества  остриёв,  с  которыми  соприкасается  шарик,  давление  на  оболочку  шарика  оказывается  незначительным,  допустимым  для  тонкой  резины.  Воздушный  шарик  на  гвоздях  выдерживает  60  Н  (груз  массой  6  кг)!  [3].

Опыт  4.

Оболочка  шарика  изготовлена  из  резины.  Интересно,  горит  ли  она?

Наблюдение:  При  внесении  шарика  в  пламя  спиртовки,  оболочка  загорается  и  покрывается  копотью.  Налью  в  шарик  воды  и  повторю  опыт.  Шарик  с  водой  не  горит. 

Объяснение:  Вода  обладает  плохой  теплопроводностью  и  всё  тепло,  получаемое  от  пламени,  идёт  на  нагревание  воды.  Температура  оболочки,  пока  в  ней  есть  вода,  не  будет  подниматься  выше  100⁰С,  что  ниже  температуры  возгорания  резины  [1].

Опыт  5.

Я  отрезала  дно  пластиковой  бутылки,  поместила  шарик  внутрь  бутылки  и  натянула  его  на  горлышко.  Отрезанную  часть  бутылки  затянула  плёнкой  от  другого  шарика  и  закрепила  скотчем.

Наблюдение:  оттягиваю  плёнку  —  шарик  надувается,  надавливаю  на  плёнку  —  шарик  сдувается.

Объяснение:  Объём  воздуха  внутри  бутылки  оказывается  изолированным.  При  оттягивании  плёнки  этот  объём  увеличивается,  давление  уменьшается  и  становится  меньше  атмосферного.  Шарик  внутри  бутылки  надувается  воздухом  атмосферы.  При  надавливании  на  плёнку  объём  воздуха  в  бутылке  уменьшается,  давление  становится  больше  атмосферного,  шарик  сдувается.  Так  же  работают  и  наши  лёгкие.  Резиновая  плёнка  имитирует  диафрагму,  воздушный  шарик  —  лёгкие.  Резиновая  плёнка-диафрагма  опускается  (оттягивается)  —  вдох,  поднимается  —  выдох  [1].

Опыт  6. 

В  стеклянную  трёхлитровую  банку  налью  горячей  воды.  Через  некоторое  время  вылью  воду  и  кладу  на  горловину  банки  шарик  с  водой.

Наблюдение:  шарик  втягивается  в  горловину  и  оказывается  на  дне  банки.

Объяснение:  Горячая  вода  нагревает  банку,  а  банка  нагревает  воздух.  Плотность  горячего  воздуха  меньше  плотности  холодного.  Когда  на  горловине  оказывается  шарик,  банка  и  воздух  в  ней  начинают  остывать.  Воздух  в  банке  быстро  остывает,  его  плотность  увеличивается,  объём  уменьшается  —  шарик  втягивается  в  банку  [4].

Опыт  7.

Надуваю  шарик  до  среднего  размера  и  завязываю  горловину  узлом.

Измеряю  шарик  мерной  лентой  и  делаю  метку.  Кладу  шарик  в  миску  и  обливаю  горячей  водой.

Наблюдение:  шарик  увеличился  в  размерах,  это  заметно  глазу  и  подтверждается  показаниями  мерной  ленты.

Объяснение:  воздух  внутри  шарика  под  воздействием  горячей  воды  нагревается  и  при  этом  расширяется,  растягивая  оболочку  [2].

Опыт  8.

Я  надула  два  шарика,  но  так,  чтобы  один  был  большого  размера,  а  второй  —  маленького.  Из  картона  и  скотча  изготовила  трубку.  Натягиваю  шарики  на  оба  конца  трубки,  перекручивая  их  горловины.  Раскручиваю  горловины  —  шарики  свободно  сообщаются  между  собой  через  трубку.

Наблюдение:  Воздух  перетекает  из  одного  шарика  в  другой.  Но…  маленький  шарик  надувает  большой!

Объяснение:  Многие  считают,  что  раз  масса  воздуха  больше  в  шарике  большего  размера,  то  этот  шарик  будет  сдуваться  и  надувать  маленький  шарик.  Но  такое  рассуждение  ошибочно.  Причина  наблюдаемого  явления  в  давлении  внутри  шарика.  Давление  газа  зависит  от  кривизны  поверхности,  т.е.  от  радиуса  сферы:  чем  меньше  радиус,  тем  больше  давление.  (Вспомним  сообщающиеся  сосуды  —  вода  перетекает  не  из  того  сосуда,  где  меньше  воды,  а  из  того,  где  давление  больше.)  [3].

Опыт  9.

Беру  два  шарика,  надуваю  и  подвешиваю  так,  чтобы  были  на  небольшом  расстоянии  друг  от  друга.  Нужно  соединить  их,  не  касаясь  руками.

Наблюдение:  если  подуть  на  висящие  шарики  сбоку,  сверху  или  снизу  так,  чтобы  струя  воздуха  проходила  между  ними,  то  они  сами  сближаются. 

Объяснение:  Один  из  основных  законов  гидро-  и  аэродинамики  —  закон  Бернулли:  чем  выше  скорость  воздушного  потока,  тем  меньше  в  нём  давление.  Из  закона  Бернулли  следует,  что  давление  в  струе  воздуха  ниже,  чем  атмосферное.  Сила  атмосферного  давления  с  боков  сблизит  шарики  [4].

Опыт  10.

Надуваю  шарик,  включаю  фен,  подвожу  под  шарик  струю  воздуха  и  опускаю  шарик.

Наблюдение:  Струя  воздуха  поднимает  шарик  вверх,  но  он  не  улетает,  а  устойчиво  держится  в  струе.

Объяснение:  давление  воздуха  в  струе  из  фена  ниже  атмосферного,  поэтому  шарик  находится  в  своеобразном  воздушном  коридоре,  стены  которого  состоят  из  воздуха  с  атмосферным  давлением.  Это  заставляет  шарик  держаться  в  области  пониженного  давления  [2].

Опыт  11.

Надуваю  шарик  и  завязываю  его.  Электризую  шарик,  потерев  его  о  волосы.  Поднимаю  шарик  над  головой.

Наблюдение:  за  шариком  тянутся  и  волосы.

Объяснение:  При  натирании  шарика  о  голову  электроны  переходят  с  волос  на  резиновую  оболочку  шарика.  Шарик  заряжается  отрицательно,  волосы  —  положительно.  Разноименно  заряженные  тела  притягиваются,  поэтому  волосы  тянутся  к  шарику  [2].

Опыт  12.

Надуваю  два  шарика  одинакового  размера.  Электризую  шарики  о  волосы.  Беру  шарики  за  нитки  в  одну  руку.

Наблюдение:  шарики  разлетаются  в  разные  стороны.

Электризую  шарики,  потерев  их  друг  о  друга.  Беру  шарики  в  одну  руку.

Наблюдение:  шарики  прилипают  друг  к  другу.

Объяснение:  Шарики,  потёртые  о  лоскуток  или  голову,  заряжаются  зарядом  одного  знака,  а  потёртые  друг  о  друга  —  зарядами  разного  знака.  Одноимённо  заряженные  тела  притягиваются,  разноимённо  заряженные  —  отталкиваются  [3].

Опыт  13.

На  бумагу  высыпаю  соль,  надуваю  и  электризую  шарик.  Подношу  шарик  к  соли.

Наблюдение:  Маленькие  кристаллики  соли  выстраиваются  в  вертикальные  столбики,  тянутся  «ниточками»  к  шарику.

Объяснение:  Поваренная  соль  —  полярный  диэлектрик.  Под  действием  электрического  поля  наэлектризованного  шарика  происходит  смещение  положительных  и  отрицательных  связанных  зарядов  молекулы  в  противоположные  стороны.  Со  стороны  заряженного  шарика  в  кристаллике  соли  всегда  образуется  противоположный  по  знаку  заряд.  Кристаллики  соли  притягиваются  к  шарику,  пристраиваясь  один  к  другому  [3].

Опыт  14.

Насыпаю  на  бумагу  мелко  порезанные  фантики  от  конфет.

Подношу  наэлектризованный  шарик  к  фантикам.

Наблюдение:  фантики  ведут  себя  как  живые  кузнечики-попрыгунчики.  Подскакивают,  касаются  шарика  и  тут  же  отлетают  в  сторону.

Объяснение:  фантики  покрыты  фольгой  и  электризуются  в  поле  шарика,  но  при  этом  остаются  нейтральными.  Блёстки  притягиваются  к  шарику,  подпрыгивают,  при  касании  заряжаются  и  отскакивают  как  одноимённо  заряженные  [3].

Опыт  15.

Надутый  воздушный  шарик  с  помощью  скотча  прикрепляю  к  трубочке  —  корпусу  от  шариковой  ручки.  Через  отверстия  в  трубочке  протягиваю  нитку.  Нитку  натягиваю  между  двух  опор.  Горлышко  шарика  удерживаю  пальцами. 

Наблюдение:  Если  разжать  пальцы,  то  шарик  начнёт  очень  быстро  двигаться  вдоль  нити.

Объяснение:  Реактивное  движение  —  движение  тела,  обусловленное  отделением  от  него  с  некоторой  скоростью  какой-то  его  части.  Воздух  начинает  выходить  из  оболочки  шарика  с  большой  скоростью  —  возникает  реактивная  сила,  толкающая  шарик  в  противоположную  сторону  [3].

Вывод:

На  воздушных  шариках  можно  изучать  законы  давления  тел  и  газов,  тепловое  расширение  (сжатие),  давление  газов,  плотность  жидкостей  и  газов,  закон  Архимеда;  можно  даже  сконструировать  приборы  для  измерения  и  исследования  физических  процессов.

Опыты,  проведенные  мной,  доказывают,  что  шарик  —  отличное  пособие  для  изучения  физических  явлений  и  законов.  Использовать  мою  работу  можно  в  школе,  в  7  классе,  при  изучении  разделов  «Первоначальные  сведения  о  строении  вещества»,  «Давление  твердых  тел,  жидкостей  и  газов»,  в  8  классе  —  раздела  «Электризация»  и  «Тепловые  явления»,  в  9  классе  —  «Реактивное  движение».

Созданная  на  основе  практической  части  компьютерная  презентация  поможет  школьникам  быстрее  понять  сущность  изучаемых  физических  явлений,  вызовет  большое  желание  проводить  эксперименты  с  помощью  простейшего  оборудования. 

Очевидно,  что  моя  работа  способствует  формированию  неподдельного  интереса  к  изучению  физики. 

Список литературы:

1. Александрова  З.В.  Физика  на  воздушных  шариках//  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://edu-teacherzv.ucoz.ru/index/zanimatelnye_opyty/0-41  (дата  обращения  15.01.2013).
2. Опаловский  В.А.  Урок  «Физика  на  воздушных  шариках»//[Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URLhttp://1874.my1.ru/news/urok_fizika_na_vozdushnykh_sharikakh/2013-03-02-55  (дата  обращения  15.01.2013). 
3. Туркина  Г.  Физика  на  воздушных  шариках.  //Журнал  «  Физика»  —  2008.  —  №  16.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://fiz.1september.ru/view_article.php?ID=200801607  (дата  обращения  15.01.2013).
4. Физика  на  воздушных  шариках.  Видео  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа  —  URL:  http://moikompas.ru/compas/eksperimenty.moikompas.rucompas  (дата  обращения  15.01.2013).