Что такое лужа? Лужа - это море!
В ней кусочек солнца, небо, облака.
И сегодня мама пусть со мной не спорит,
Мы уходим в плаванье к далёким берегам.
«Что такое лужа?» А. Крупицкая
В солидных научных книгах – толковых словарях или энциклопедиях – вы не найдете объяснения детского термина «ближнее море» - небольшого углубления, заполненного дождевой водой. Разумеется – это просто лужа! Лужи, водные каналы, реки, озера, моря, океаны называют водоемами. Обычная вода – преисполненное тайн чудо природы. Вода – самое распространенное вещество на Земле. В чистом виде она не имеет ни запаха, ни вкуса, ни цвета. Водой заполнены океаны, моря, реки, озера, болота, ручьи и… лужи.
Вода — это настоящая загадка. В ней сочетается и простота, и сложность. В каждой молекуле всего три атома: два водорода, один кислород. И все же ученые не понимают до конца, как действуют эти молекулы.
Представляем Вашему вниманию исследование, которое каждый из Вас может проверить у себя дома.
Вода зимой замерзает, становится твердой, похожей на камень. Тогда ее называют льдом.
Опыт 1. Как замерзает лужа?
Цель опыта: экспериментально показать механизм замерзания водоема
Оборудование: морозилка холодильника, лабораторная модель лужи, камешки, сучки, сухая трава (заменяет водоросли), фотоаппарат.
Ход опыта: создаем модель лужи; помещаем ее в морозилку; наблюдаем за моделью и фиксируем наши наблюдения.
Вывод: Чистая вода замерзает неохотно, и лёд в первую очередь образуется там, где имеются взвесь ила и твёрдая поверхность, — возле дна. В какой-то момент этот донный лёд всплывает, и поверхность воды мгновенно оказывается скованной ледяной коркой.
Если бы лёд тонул в воде, на поверхности образовывались бы всё новые и новые его пласты. Они, в свою очередь, опускались бы, и водоём промерзал до самого дна. Вследствие этого водные растения на дне были бы скованы льдом, а рыбе и всему живому, что находится в воде, угрожала неминуемая гибель.
Это интересно. Горячая вода замерзнет быстрее холодной, хотя по логике вещей, первой должна была превратиться в лед холодная вода: ведь горячей воде надо сначала остыть до температуры холодной, а потом уже превращаться в лед, в то время как холодной воде остывать не надо. Почему же так происходит?
В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним. К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.
Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба».
Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.
Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.
Опыт 2. Лёд и пламя
Цель опыта: выяснить – вода хороший или плохой проводник тепла
Оборудование: морозильная камера, кусочки льда с вмороженными в них камнями, гвоздями, спиртовка, спички, пробирка, вода.
Ход опыта:
формируем небольшие кусочки льда с вмерзшими железными кнопками (для того, чтобы лед тонул в пробирке; нагреваем пробирку сверху и наблюдаем.
Вывод: в нашем опыте с пробиркой слои воды, нагретые огнём, вниз не опускались, поэтому лёд на дне пробирки некоторое время ещё не таял.
Но, в конце концов, лёд всё же тает. Почему? Дело в том, что в то время, как тёплые слои воды поднимается вверх, отдельные её частицы (молекулы) движутся беспорядочно во все стороны, постепенно пробираются вниз и заставляет лёд таять. Такое беспорядочное движение нагретых частичек между другими, холодными, называют диффузией (проникновением; от латинского слова - «распространение», «растекание»). Из этого опыта можно сделать еще один важный вывод: не только лед, но и вода плохо проводит (передает) тепло.
Опыт 3. Можно ли из меньшего получить большее, или как «растянуть» воду?
Цель опыта: проследить, как ведет себя вода при замораживании и размораживании
Оборудование: стаканчики, морозильная камера, вода
Ход опыта: наполняем стаканчики водой, ставим в морозильную камеру и наблюдаем, затем вынимаем стаканчики из морозильной камеры наблюдаем за плавлением льда .
Вывод: замораживая воду, мы её будто «растягиваем», а нагревая лёд, заставляем сжаться.
То же происходит и в водоёмах. Водоёмы не промерзают на всю глубину не только из–за особых свойств льда. На помощь приходит сама вода, которая находится подо льдом. При небольшом нагревании она не расширяется, как все остальные тела, а сжимается и одновременно становится тяжелее. Вместо того, чтобы увеличить свой объём, она уменьшает его и ведёт себя так до тех пор, пока температура её не повысится от 0˚С к +4˚ С. Вода, температура которой +4˚ С, опускается на дно, а на дне на протяжении всей зимы эта температура сохраняется. Слой воды температурой 0˚С, как более лёгкий, всплывает и при этой температуре замерзает, образуя толстую корку льда. Лёд плохо проводит тепло, и поэтому, как своеобразная ледовая шуба, защищает воду в водоёмах от дальнейшего охлаждения.
Опыт 4. Почему лед прозрачный?
Цель опыта: получить лед из разных водных растворов
Оборудование: вода, пластмассовые стаканчики, акварельные краски, соль, песок, морозильная камера холодильника, фотоаппарат, зеленка
Ход опыта: готовим растворы – вода с акварельными красками, с солью, с зеленкой, с песком, все помещаем в морозильную камеру и наблюдаем за растворами.
Вывод: Там, где начиналось замерзание воды, будет абсолютно прозрачный слой льда. Верхняя его часть будет окрашена, причем даже сильнее, чем первоначальный раствор. Если концентрация краски была очень велика, то на поверхности льда может остаться лужица её раствора. Дело в том, что в растворах краски и солей образуется прозрачный пресный лёд, т.к. растущие кристаллы вытесняют любые посторонние атомы и молекулы примесей, стараясь построить идеальную решетку, пока это возможно. Только когда примесям деваться уже некуда, лёд начинает встраивать их в свою структуру или оставляет в виде капсул с концентрированной жидкостью. Поэтому морской лёд пресный, а даже самые грязные лужи покрываются прозрачным и чистым льдом.
Когда идет дождь, вода падает с неба и собирается в лужах на земле. Когда же дождь кончается и выглядывает солнце, лужи высыхают, и вода исчезает. Куда же она девается? Солнечное тепло превращает воду в крошечные капельки, которые поднимаются в воздух. Этот процесс называется испарением, а крошечные капельки - водяным паром.
Опыт 5. От чего зависит скорость испарения воды?
Цель опыта: выяснить, от чего зависит скорость испарения воды
Оборудование: 5 одинаковых кусочков ткани, фен
Ход опыта: 4 одинаковых кусочков ткани намочим водой, один помещаем на поднос, второй не расправляя на поднос, третий кладем возле печки, четвертый сушим феном, пятый пропитываем растительным маслом.
Вывод: Скорость испарения жидкости зависит от:
1) от рода вещества;
2) от площади поверхности испарения;
3) от температуры жидкости;
4) от скорости удаления паров с поверхности жидкости, т.е. от наличия ветра.
Летом на поверхности прудов и луж быстро скользят водомерки. На болотах и непроточных водоемах обитают жуки-плавунцы. Поверхность воды под их ножками чуть вдавливается, но никогда не прорывается. Они бегают по поверхности воды, как конькобежец по льду.
На поверхности водоема оседает, но не тонет пыльца растений, крошечные частички почвы, которые приносятся ветром. Почему же это возможно?
Опыт 6. Сколько воды может вместить стакан?
Цель опыта: выявить зависимость прочности поверхностного слоя жидкости от ее температуры
Оборудование: холодная, теплая и горячая вода, пипетка, стакан, термометр
Ход опыта: стакан с тонкими стенками наполняем водой до краев, а затем осторожно, по капле, продолжаем добавлять воду пипеткой.
Пипетка должна быть на небольшой высоте и над центром стакана, чтобы падающая капля не прорвала пленку поверхностного слоя. Повторяем опыт в тех же условиях (те же стакан и пипетка), но с теплой и горячей водой.
Вывод: Прочность поверхностного слоя жидкости зависит от ее температуры - чем выше температура, тем меньше прочность поверхностного слоя жидкости.
Опыт 7. Какая капля больше – холодная, теплая или горячая?
Цель опыта: выяснить, как с повышением температуры изменяется прочность поверхностного слоя
Оборудование: три одинаковые пробирки, пипетка, стаканы с теплой, холодной и горячей водой.
Ход опыта: в три пробирки накапать в каждую по 40 капель соответственно холодной, теплой и горячей воды одной и той же пипеткой, сравнить объемы, сделать вывод о размерах капли холодной, теплой и горячей жидкости.
Вывод: самая большая капля холодной воды, т.к. с повышением температуры уменьшается прочность поверхностного слоя, и капля нагретой жидкости срывается раньше.
Опыт 8. Мыльная пушка
Цель опыта: выяснить, зависит ли прочность поверхностного слоя от вида жидкости
Оборудование: чашка с водой, фольга, палочка с мылом на конце.
Ход опыта: между листочками фольги опускаем намыленную спичку, кусочки фольги «разбегаются».
Вывод:капля мыльной воды ослабила поверхностный слой жидкости. Прочность поверхностного слоя жидкости зависит от ее природы.
Опыт 9. Последние капли гасят огонь
Цель опыта: узнать, как изменится поверхностное натяжение воды, если увеличить ее температуру и количество примесей в ней
Оборудование: водопроводный кран, свеча, спички
Ход опыта: закрываем кран, подносим к крану пламя зажженной свечи, наблюдаем.
Вывод: пламя нагревает металлический кран, а капли (которые благодаря поверхностному натяжению еще остались внутри крана) впитывают дым. Нам уже известно: чем выше температура жидкости, тем ее поверхностное натяжение слабее. Поэтому последние капли, затаившиеся в трубе, уже не поддерживаются ослабевшим поверхностным натяжением воды и падают на огонь свечи.
Повторяйте наши опыты, придумывайте новые и описывайте их в комментариях :). Исследование проводил Александров Никита, 10 лет.
