Dane INFORMACYJNE

Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół Technicznych w Pleszewie ID grupy: Kompetencja: 97/90_MF_G1 Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Ciecz – jeden ze stanów skupienia Semestr/rok szkolny: III semestr/ rok szkolny2010/2011

Cel projektu: Poznanie praw rządzących zachowaniem się cieczy. Dostrzeganie związku praw fizyki z prawami przyrody. Samodzielne sprawdzanie podstawowych praw hydrostatyki. Rozbudzanie zainteresowania zagadnieniami fizycznymi. Nauka poprzez zabawę i eksperyment. Wykształcenie przekonania, że znajomość podstawowych praw fizycznych umożliwia zrozumienie wielu zjawisk życia codziennego.

Spis treści Stany skupienia materii Własności cieczy. Siły spójności w cieczach. Siły przylegania. Zjawisko menisku. Włoskowatość. Definicja ciśnienia. Ciśnienie hydrostatyczne. Prawo Pascala. Prawo Archimedesa Warunek pływania ciał Doświadczenia: • Czy ciała o gęstości większej niż woda mogą pływać na jej powierzchni? • Badanie zależności ciśnienia hydrostatycznego od wysokości słupa cieczy. • Wyznaczanie gęstości oleju za pomocą U-rurki. • Wyznaczanie objętości i gęstości ciała o nieregularnych kształtach na podstawie prawa Archimedesa. • Surowe jajko pływa czy tonie?

Stany skupienia materii. Stan skupienia materii – podstawowa forma, w jakiej występuje substancja, określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Tradycyjny, pochodzący z XVII wieku podział stanów skupienia, wyróżnia trzy takie stany: -stały -ciekły -gazowy Spis Treści

Podział ten wynika z podstawowych własności substancji w danym stanie: stały – trudno zmienić objętość i kształt, ciekły – trudno zmienić objętość, a kształt łatwo, gazowy – łatwo zmienić objętość i kształt, ciało zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Stany skupienia materii. http://www.nurkopedia.pl/wiki/images/3/35/Materia_stany_skupienia.gif Spis Treści

Własności cieczy Ciecz – w porównaniu z gazami, odległości międzycząsteczkowe w cieczach są mniejsze, a siły wzajemnego oddziaływania większe. Każda cząsteczka cieczy przebywa stale w sferze oddziaływania sił przyciągających pochodzących od otaczających ją innych cząsteczek. Niezależnie od tych sił przyciągania pojawiają się także przy mniejszych odległościach siły wzajemnego odpychania Spis Treści

Siły spójności w cieczach. Siły spójności - siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy. Powierzchnia styku cieczy z gazem lub próżnią nazywa się powierzchnią swobodną cieczy. Napięcie powierzchniowe – zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą, dzięki któremu powierzchnia ta zachowuje się jak sprężysta błona. Spis Treści

Napięcie powierzchniowe Między cząsteczkami cieczy istnieją siły przyciągające, dzięki którym posiada ona pewna spójność, pozwalającą na zachowanie stałej objętości. Cząsteczka znajdująca się przy powierzchni cieczy otoczona jest innymi cząsteczkami tylko z jednej strony, wskutek czego są wciągane do wnętrza cieczy. Ta dodatkowa siła nosi nazwę napięcia powierzchniowego. fizyka.net.pl Spis Treści

Siły spójności w cieczach Miarą napięcia powierzchniowego jest praca, jaką trzeba wykonać, by utworzyć jednostkową powierzchnię cieczy, co można wyrazić wzorem: (jednostką w SI J/m2). gdzie: γ (używa się też oznaczenia σ) – napięcie powierzchniowe, ΔW – praca potrzebna do utworzenia powierzchni ΔS, ΔS – pole powierzchni. Spis Treści

Zastosowanie zjawiska napięcia powierzchniowego http://pl.wikipedia.org/ http://pl.wikipedia.org/ Spis Treści

Dzięki zjawisku napięcia powierzchniowego żyletka i moneta pływają na powierzchni cieczy mimo, że ich gęstość jest większa od gęstości wody Doświadczenie: Czy ciała o gęstości większej niż woda mogą pływać na jej powierzchni? Detergent zmniejszył napięcie powierzchniowe i żyletka utonęła Doświadczenia wykonali: Marcin, Mateusz i Janusz Spis Treści

Inne dowody na występowanie sił oddziaływania w cieczach Spis Treści

Siły przylegania Są to siły, które występują między cząsteczkami różnych substancji np: szkło-woda. Skutkiem sił przylegania jest powstawanie menisku i włoskowatość. Naczynia szklane Spis Treści

Menisk Jest to powierzchnia rozdzielająca od siebie dwie fazy płynne – gaz i ciecz lub dwie, nie mieszające się z sobą ciecze. Menisk przybiera kształt płaskiej powierzchni, wycinka sfery lub hiperboloidy, lub też w szczególnych przypadkach kombinacji wycinka sfery i hiperboloidy. Kształt menisku i kierunek jego wypukłości zależy od: w przypadku dwóch cieczy: wypadkowej energii powierzchniowej obu stykających się faz w przypadku układu – ciecz-gaz od wypadkowej energii powierzchniowej ścianek naczynia i sumarycznego napięcia powierzchniowego lustra cieczy (oprócz własności samej cieczy jest też zależny od rozmiarów lustra cieczy, który wynika z przekroju naczynia). Spis Treści

Menisk wklęsły jest to powierzchnia swobodna cieczy, która tworzy się kiedy przyleganie jest większe niż spójność, np. woda w naczyniu szklanym. Menisk wypukły to powierzchnia cieczy, która tworzy się gdy, przyleganie jest mniejsze od spójności, np. rtęć w naczyniu szklanym. Spis Treści

Menisk Menisk wypukły Wypadkowa siły spójności i przylegania jest zwrócona do środka cieczy. Menisk wklęsły Wypadkowa siły spójności i przylegania jest zwrócona do ścianki naczynia. Spis Treści

Zjawisko włoskowatości W przypadku, gdy siły przylegania między cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ścian naczynia są większe od sił spójności, to ciecz w bardzo wąskich rurkach, tak zwanych włoskowatych lub kapilarnych, podnosi się do góry. W przeciwnym wypadku ciecz opada poniżej powierzchni. swobodnej cieczy http://fizyka-tematy.wikispaces.com/ Spis Treści

Zjawisko włoskowatości Można je zaobserwować:- gdy pobierana jest woda przez drzewa (korzenie)- gdy ciecz niezwilżająca rurki włoskowatej opuszcza się poniżej powierzchni cieczy w naczyniu. Tak zachowuje się rurka szklana, posmarowana tłuszczem, zanurzona w wodzie lub rtęć w naczyniu szklanym. Spis Treści

Ciśnienie Wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność: gdzie: p – ciśnienie (Pa), Fn – składowa siły prostopadła do powierzchni (N), S – powierzchnia (m²). Spis Treści

Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Ciśnienie hydrostatyczne określa wzór: gdzie p=ρgh ρ– gęstość cieczy g – przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) h – głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego) Spis Treści

Doświadczenie: Badanie zależności ciśnienia hydrostatycznego od wysokości słupa cieczy Zestaw doświadczalny: pastikowa butelka z kilkoma dziurkami na różnych wysokościach, woda. Przebieg doświadczenia: napełnić butelkę wodą i obserwować zasięg wody w zależności od wysokości otworu. Wnioski z doświadczenia: ciśnienie wywierane na wypływającą wodę jest tym większe, im wyższy słup wody nad otworem, którym wypływa. Spis Treści

Paradoks hydrostatyczny Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od wysokości słupa cieczy i gęstości cieczy. Spis Treści

Prawo Pascala Jeżeli na płyn (ciecz lub gaz) w zbiorniku zamkniętym wywierane jest ciśnienie zewnętrzne, to (pomijając ciśnienie hydrostatyczne) ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu. http://cezasrzeszow.pl/pomoce-szkolne/fizyka/mechanika-plyny-gazy/strona,7 Spis Treści

Naczynia połączone Jeżeli naczynia zostaną połączone w taki sposób, że będzie możliwy swobodny przepływ cieczy z jednego do drugiego, wtedy o takich naczyniach mówi się naczynia połączone. W sytuacji, gdy napełnimy oba naczynia taką samą cieczą czyli cieczą jednorodną to ustali się jednakowy jej poziom w naczyniach, niezależnie od ich kształtu. Ciśnienie w cieczy będzie jednakowe. Spis Treści

Zestaw doświadczalny: U-rurka, woda, olej, linijka Przebieg doświadczenia: Nalewamy wody do U-rurki, a potem do jednego z ramion oleju Zaznaczamy poziom styku cieczy pisakiem na rurce Mierzymy wysokość słupa wody i oleju od poziomu styku cieczy Dolewamy jednej z cieczy i powtarzamy pomiar wysokości Doświadczenie: Wyznaczanie gęstości oleju za pomocą U-rurki Spis Treści

Otrzymane wyniki pomiarów: Doświadczenie: wyznaczanie gęstości oleju za pomocą U-rurki ho hW OLEJ WODA Spis Treści

Opracowanie wyników pomiarów: p1=p2 ρ1gh1=2gh2 ρ1h1=2h2 Doświadczenie: wyznaczanie gęstości oleju za pomocą U-rurki śr=887 kg/m3 • Wnioski z doświadczenia: Obliczenia oparte były na równości ciśnień w obu ramionach U-rurki. Otrzymane wartości gęstości są zbliżone do wartości tablicowych Spis Treści

Prawo Archimedesa Siła wyporu działająca na ciało zanurzone w płynie jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało. Siła wyporu jest tym większa, im cięższy jest płyn - większa siła wyporu jest w wodzie, niż w powietrzu i większa w rtęci, niż w wodzie. Siła wyporu jest tym większa, im większe (rozmiarami, objętością) jest ciało (jego zanurzona część). -gęstość cieczy V-objętość zanurzonego ciała Spis Treści

Doświadczenie: Wyznaczanie objętości i gęstości ciała o nieregularnych kształtach na podstawie prawa Archimedesa. • Zestaw doświadczalny: • Siłomierz, ciała o nieregularnych kształtach wykonane z aluminium, ołowiu i żelaza, naczynie z wodą • 2. Przebieg doświadczenia: • Ważymy dane ciało w powietrzu • Ważymy dane ciało całkowicie zanurzone w wodzie • Powtarzamy pomiary jak w pkt. 2 a,b dla dwóch innych ciał stałych. • 3. Otrzymane wyniki: Spis Treści

4. Opracowanie wyników pomiarów Wyznaczenie siły wyporu Fwyp=Fp-Fw Wyznaczenie objętości ciała: Fwyp=wgV, stąd Wyznaczenie masy ciała: d)Wyznaczenie gęstości ciała: Doświadczenie: wyznaczanie objętości i gęstości ciała o nieregularnych kształtach na podstawie prawa Archimedesa. Spis Treści

Doświadczenie: wyznaczanie objętości i gęstości ciała o nieregularnych kształtach na podstawie prawa Archimedesa. 5. Otrzymane wyniki przedstawia tabela: 6. Wnioski z doświadczenia: Otrzymane wartości gęstości ciał są zgodne z wartościami tablicowymi. Spis Treści

Pływanie ciał a) Siła wyporu jest mniejsza od siły ciężkości – ciało tonie. b) Siła wyporu jest większa od siły ciężkości – ciało wypływa unosząc się do góry. c) Siły wyporu i ciężkości są sobie równe – ciało pozostaje w bezruchu, unosząc się w płynie Spis Treści

Doświadczenie: Surowe jajko pływa czy tonie? Zestaw doświadczalny: szklane naczynie z wodą, surowe jajko, sól Przebieg doświadczenia: Do naczynia z wodą wkładamy jajko i obserwujemy jego zachowanie Do wody dosypujemy soli i ponownie umieszczamy jajko w wodzie Wyniki obserwacji: Surowe jajko w czystej wodzie opada na dno. Słona woda wypiera jajko, aż wypływa na powierzchnię. • Wnioski z doświadczenia: • W czystej wodzie siła ciężkości jest większa od siły wyporu i jajko tonie. • Dosypanie soli powoduje wzrost gęstości cieczy, a zatem rośnie siła wyporu i jej wartość jest na tyle duża, że jajko wypływa na powierzchnię. Spis Treści

Pływanie surowego jajka w słonej wodzie Wykonali: Mateusz i Marcin Spis Treści

Podsumowanie projektu: • Doświadczalnie sprawdziliśmy podstawowe prawa hydrostatyki. • Zrozumieliśmy, że fizyka jest nierozerwalnie związana ze zjawiskami życia codziennego. • Przekonaliśmy się, że można uczyć się poprzez eksperyment i zabawę. • Pragniemy dalej zgłębiać swoje wiadomości na temat własności cieczy, gdyż zaczynamy rozumieć otaczający nas świat. Spis Treści

Dziękujemy za uwagę! 97/90_MF_G1 Spis Treści

Dane INFORMACYJNE