Опыт с стаканом в сосуд с водой

Этот классический опыт описан в огромном количестве книг, включая школьный учебник. И рассказываю я о нём лишь потому, что объяснение ему даётся практически повсеместно неправильное, в том числе, и в школьном учебнике.

Опыт. Налейте в стакан воду до самого края. Прикройте стакан листом плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро переверните его кверху дном. (Делать это лучше над тазиком или раковиной). Теперь уберите ладонь. Вода из стакана не выльется.

Неправильное объяснение. Опыт обычно объясняют тем, что давление атмосферного воздуха на бумажку снизу больше давления воды на нее сверху. Как-то ко мне подошла дочка с учебником и попросила объяснить ей опыт. “Школьное объяснение” уже готово было привычно сорваться с моих губ, как я вдруг понял, что это полная чушь, замолчал и задумался.

Посудите сами. Кроме давления воды в стакане, есть ещё давление атмосферного столба воздуха на дно перевёрнутого стакана. Вода как бы лишь замещает небольшую часть этой атмосферы. Поэтому давление на бумажку сверху должно быть заведомо больше давления атмосферы на неё снизу. Вода как-никак тяжелее того воздуха, который она заменила.

Размышления. Единственное объяснение, которое возникло в моей голове, состояло в том что лист бумаги прогибается под тяжестью воды, и в результате вверху над водой под самым дном перевёрнутого стакана образуется небольшая полость с разреженным воздухом (на рисунке, который я взял с одного из физических сайтов, такой прогиб не изображён). Давление на столб воды в стакане оказывается меньше давления атмосферного столба над стаканом. И в результате, как я полагал, оно даже вместе со столбом воды в стакане оказывалось меньше давление воздуха снизу на бумагу (полный столб атмосферы). Вот бумажка и держалась.

Правильное объяснение опыта я нашёл лишь в книгах Перельмана. Перельман тоже отвергал классическое объяснение, тоже считал ключевыми прогиб бумаги и образование полости. Однако, по его мнению, разрежение в этой полости достигается в точности таким, чтобы уравнять совместное давление воды и этого разреженного воздуха сверху и давление атмосферного столба снизу на лист бумаги. За счёт чего же тогда удерживается лист бумаги? Да только за счёт смачивания, то есть сил поверхностного натяжения, по краю стакана!

Вариации. Чтобы убедиться в том, что объяснение Перельмана правильно, попробуйте заменить лист бумаги плоским стеклом. Опыт не удастся. И это не удивительно, ведь прогиб образоваться не может. Попробуйте повторить опыт вообще без воды, просто смочив лист бумаги, прижав его и перевернув стакан. Лист, естественно, удержится. Две уравновешивавшие себя сверху и снизу силы исчезли, а смачивание осталось.

Советы. Многие жалуются, что опыт редко воспроизводится. Малейший перекос, и вода выливается. Исходя из описанного здесь понимания механизма явления, могу дать пару советов.

Легче всего опыт производить, используя стакан в виде усечённого конуса, но с достаточно толстыми стенками. При узком донышке легче достигается разрежение воздуха под дном при прогибе бумаги (та же высота воздушной подушки соответствует меньшему объёму воздуха, а стало быть, меньшему прогибу бумаги). У меня есть такой стакан. Всё идёт “на ура”.
Можно также попробовать подсластить воду. Сахар увеличивает поверхностное натяжение воды. И наоборот, если растворить мыло (оно снижает поверхностное натяжение), воспроизводимость опыта должна ухудшиться.

Источник

Давление воздуха. Опыты

Подробности Просмотров: 281 Опыт с стаканом в сосуд с водой

11.2016

ОПЫТЫ СО СТАКАНАМИ

Опыт 1

Возьми на кухне стакан и таз с водой. Погрузи стакан в воду, опрокинь его там и вытаскивай дном кверху.

Вода потянется за стаканом, она поднимется гораздо выше, чем в тазу!

А ведь закон сообщающихся сосудов должен бы здесь действовать, стакан – не волосная трубочка. Видимо, что-то удерживает воду в стакане, не дает ей вылиться вниз.

Опыт с стаканом в сосуд с водой

Продолжай поднимать стакан. Вот его края поравнялись с поверхностью воды в тазу – чмок! Раздался уже знакомый нам чмокающий звук – и стакан сразу опустел. Вся вода вылилась в таз.

Значит, виноват воздух, который прорвался под край стакана?

Опыт 2

Попробуем немного изменить опыт!

Погружая стакан в воду, оставь в нем часть воздуха. Теперь снова поднимай перевернутый стакан. Смотри-ка, и воздух есть, а все равно вода тянется за стаканом! И пока он не выйдет из воды, количество воздуха в стакане не увеличится.

Зажав бутылку пальцем, переверни ее и укрепи в подставке так, чтобы горлышко опустилось ниже краев плошки, но не дошло до ее дна.

Опыт с стаканом в сосуд с водой

Убери палец – вода из бутылки начнет вытекать. Но только до тех пор, пока уровень воды в плошке но дойдет до горлышка бутылки. Здесь стоп! Бутылка словно закупорится.

И только когда часть воды из плошки будет выпита птицами или испарится, в горлышко прорвутся пузыри воздуха. Бульк, бульк! Уровень воды снова поднимется до горлышка, и снова стоп! Так будет продолжаться до до тех пор, пока бутылка не опустеет.

Выходит, что вода служит надежной пробкой для перевернутого сосуда. Да и только ли вода? В ней ли дело?

Опыт 3

Налей в него воды до половины, а края слегка смажь жиром и положи сверху листок бумаги. Придерживая бумагу ладонью, опрокинь стакан.

Опыт с стаканом в сосуд с водой

На всякий случай лучше делать это над тазом или раковиной. Но скорее всего такая предосторожность окажется излишней. Ты отнимешь ладонь, а бумажка по-прежнему будет надежно закрывать стакан, и ни одна капля воды не выльется! Стакан может быть наполнен и на четверть, и на три четверти, и доверху- это дела не меняет. Тонкий листок бумаги, улетающий от дуновения, будет удерживать стакан воды!

Опыт 4

Для этого опыта со стаканом понадобятся листок промокательной бумаги и стеклянная пластинка, целиком закрывающая стакан. Можешь, например, взять небольшое зеркало, только не лей на него лишнюю воду, чтобы не отклеилось обрамление!

Опыт с стаканом в сосуд с водой

Налив в стакан любое количество воды, прикрой его промокашкой и сверху стеклом. Затем переверни все это сооружение и поставь на стол. Промокашка, конечно, намокнет. Вокруг краев стакана расплывется влажное пятно.

А теперь подними стакан. Стекло поднимется с ним. Переверни стакан донышком вниз и попробуй снять стекло – не тут-то было!

Оно больше уже не снимается, стакан с водой поднимается вместе с ним. Он прочно «приклеился» к стеклу, как редиска к тарелке, как спрут к своей жертве, как мыльница к стене. Вернее, не приклеился, а присосался. Ведь и здесь, когда ты силой оторвешь стекло от стакана, раздастся все тот же характерный звук: чмок!

Опять воздух! Он уже не шалит и не плюется, не спасает летчиков и не вертит хитрую змею. Нет, теперь он загадывает нам загадки. В чем же все-таки дело?

ТАИНСТВЕННОЕ СВОЙСТВО РЕДИСКИ

Отрежь нижнюю половину редиски, ту, что с корешком. В белой мякоти аккуратно выдолби небольшое углубление. Только краев не задевай, красная кожица должна остаться целой. А теперь крепко прижми эту половинку срезом к тарелке. Для верности немного поводи ее по тарелке, чтобы лучше притерлась.

Опыт с стаканом в сосуд с водой

Готово?

Теперь смело бери редиску за корешок и поднимай. Тарелка поднимается вместе с ней!

В чем здесь дело?

Может быть, редиска содержит какой-нибудь особый клей? Но нет, этот опыт прекрасно получается и с репой, редькой, свеклой, морковью. Был бы корешок, чтобы ухватиться!

ОПЫТ С МОЛОЧНОЙ БУТЫЛКОЙ

Слегка смажь края ее горлышка любым жиром и подержи перевернутую бутылку над кипящей водой. (Держать лучше косо, а руку обернуть кухонным полотенцем, чтобы не обжечься паром.)

Когда бутылка хорошо прогреется, прижми ее горлышком к середине тарелки и подержи так, пока не остынет. После этого можешь смело поднимать бутылку за тарелку или тарелку за бутылку, как тебе больше нравится. Они тоже словно склеятся одна с другой!

Опыт с стаканом в сосуд с водой

Оторвать бутылку будет не так легко. А когда оторвешь, услышишь характерный чмокающий звук. Словно кто-то губами всосал воздух! Такое же чмоканье, только послабее, раздалось и тогда, когда ты отрывал от тарелки редиску или другой корнеплод.

Источник: Ф. Рабиза “Опыты без приборов”,”Космос у тебя дома”; Л.Гальперштейн “Забавная физика”

Источник

Приобщаем детей к науке при помощи простых интересных экспериментов, которые можно провести в домашних условиях. Итак, магия с полным разоблачением.

Волшебный стакан

Налейте воду в стакан, обязательно до самого края. Накройте листом плотной бумаги и аккуратно придерживая его, очень быстро переверните стакан кверху дном. На всякий случай, проделывайте все это над тазом или в ванной. Теперь уберите ладонь… Фокус! Вода по-прежнему остается в стакане!

Как так?

Дело в давлении атмосферного воздуха. Давление воздуха на бумагу снаружи больше давления воды на нее изнутри стакана и, соответственно, не позволяет бумаге выпустить воду из емкости.

Опыт Рене Декарта или пипетка-водолаз

Этому занимательному опыту около трехсот лет. Его приписывают французскому ученому Рене Декарту.

Вам понадобится пластиковая бутылка с пробкой, пипетка и вода. Наполните бутылку водой, оставив два-три миллиметра до края горлышка. Возьмите пипетку, наберите в нее немного воды и опустите в горлышко бутылки. Она должна своим верхним резиновым концом быть на уровне или чуть выше уровня воды в бутылке. При этом нужно добиться, чтобы от легкого толчка пальцем пипетка погружалась, а потом сама медленно всплывала. Теперь закройте пробку и сдавите бока бутылки. Пипетка пойдет на дно бутылки. Ослабьте давление на бутылку, и она снова всплывет.

Дело в том, что мы немного сжали воздух в горлышке бутылки и это давление передалось воде. Вода проникла в пипетку – она стала тяжелее (так как вода тяжелее воздуха) и утонула. При прекращении давления сжатый воздух внутри пипетки удалил лишнюю воду, наш «водолаз» стал легче и всплыл. Если в начале опыта «водолаз» вас не слушается, значит, надо отрегулировать количество воды в пипетке. Когда пипетка находится на дне бутылки, легко проследить, как от усиления нажима на стенки бутылки вода входит в пипетку, а при ослаблении нажима выходит из нее.

Эффект моря

Мы все знаем, что в морской воде держаться на поверхности проще, нежели в пресной. Попробуем создать дома этакое микро-море и разобраться, в чем тут секрет.

Приготовьте насыщенный раствор поваренной соли: необходимо растворять соль в стакане до тех пор, пока она не прекратит растворяться. Возьмите кусочек воска величиной, примерно, с лесной орех, сделайте из него шарик, вложив в него кусочек проволоки для утяжеления. Ваша задача заставить шарик плавно затонуть в стакане с простой водой. Если шарик тонет без нагрузки, то нагружать его, не следует. Получилось? А теперь постепенно подливайте в воду насыщенный раствор поваренной соли и слегка перемешивайте. Шарик сначала поднимется до середины стакана, а потом и вовсе всплывет. Вместо шарика, кстати, с тем же успехом можно взять небольшое куриное яйцо.

Вспоминаем Архимеда: «на тело, погруженное в жидкость действует выталкивающая сила, пропорциональная весу вытесненной им воды». Объем вытесненной шариком воды в обоих случаях одинаков, но плотность морской воды выше, значит выталкивающая сила больше. Поэтому шарик и всплывает.

Из стакана в стакан

Совсем простой и незатейливый опыт, который можно предложить даже малышу.

Возьмите два стакана. Один из них наполните водой и поставьте повыше. Другой стакан, пустой, поставьте ниже. Опустите в стакан с водой конец полоски чистой материи, а ее второй конец – в нижний стакан и оставьте конструкцию. Через некоторое время вода «переберется» в пустой стакан.

В эксперименте на этой картинке действует тот же принцип. Такой опыт выглядит для детей еще более эффектно и наглядно, поскольку все жидкости в емкостях разного цвета.

Как это происходит? Вода, воспользовавшись узенькими промежутками между волокнами, начнет подниматься, впитываться в материю, а потом под действием силы тяжести будет стекать в нижний стакан. Так полоску материи можно использовать в качестве насоса, например для автополива домашних растений.

Превращаем жидкость в шар

Для этого опыта смешайте спирт с водой в соотношении примерно 1:1. Налейте эту смесь в стеклянный сосуд (стакан или банку) и введите в нее шприцем растительное масло. Масло в результате располагается в середине сосуда, образуя красивый, прозрачный, желтый шар. Для шара созданы такие условия, как будто он находится в невесомости. Если масляный шар быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделится кольцо.

Дело в том, что…естественная форма всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда «теряет» свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму.

Все явления, с которыми нам приходится сталкиваться в окружающем мире так или иначе объясняются с помощью законов физики. Надеемся, что описанные опыты помогут вам и вашему ребенку приятно провести время, а возможно и всерьез увлечься поиском объяснений происходящего вокруг!

А еще можно устроить дома настоящую маленькую химическую лабораторию, «реактивы» для которой можно найти на любой кухне.

1.

Для этого эксперимента нам понадобится белый лист бумаги или коробочка, на которой нужно маркером изобразить две одинаковые стрелки, указывающие в одном направлении. Либо нарисовать в графическом редакторе и распечатать, как вам удобнее.

Теперь ставим пустой стеклянный стакан (без граней) таким образом, чтобы стрелки находились как бы внутри него.

Наливаем воду в стакан так, чтобы она закрыла сначала нижнюю стрелку.

Стрелка изменила своё направление на противоположное. А что будет, если полностью наполнить стакан водой?

Почему же так происходит? Может это просто какой-то “неправильный” стакан или магическая вода? Есть ли научное объяснение этому трюку, читайте в конце статьи.

2.

Для этого эксперимента нам понадобится пластиковая пипетка и грузик (гайка). Если пластиковой пипетки нет, то можно использовать пустой пузырёк из под глазных капель.

Подбираем гайку подходящего диаметра и одеваем ее на пипетку. Закрепить можно термоклеем или силиконовым герметиком. Лишнюю часть пипетки отрезаем при помощи ножниц. Теперь необходимо проверить получившийся “девайс” на плавучесть.

При этом, важный момент – затыкать отверстие после отрезания не надо. Если пипетка тонет в воде, нужно заменить гайку на более лёгкую.

Если всё сделано правильно, в результате наш “поплавок” должен уверенно держаться на поверхности воды в пластиковой бутылке.

Ну что, готовимся наблюдать интересный физический эффект. Для этого закручиваем крышку и надавливаем руками на бутылку.

“Поплавок” ныряет ко дну бутылки при надавливании на неё и снова всплывает при отпускании. Чем вызвано данное явление? Объяснение физики процесса, как обычно, в конце статьи.

3.

Эксперимент из разряда “не спрашивайте зачем”. Но все же, как заставить металлическую скрепку плавать на поверхности воды и не тонуть? Можете не спешить читать дальше, взять паузу и подумать как это осуществить. Даю подсказку, почему насекомое водомерка “ходит” по воде и не погружается в неё?

Если попытаться аккуратно положить скрепку на поверхность воды, она всё равно тонет. Если просто отпустить её над водой – тем более. Но если согнуть одну скрепку под углом 90° и положить другую сверху, то аккуратно опустив их в воду, прямая скрепка не утонет.

Почему именно такой способ “приводнения” даёт возможность скрепке не тонуть?

ОТВЕТЫ:

1. Когда свет проходит из одной среды в другую, то он имеет свойство искривляться, либо преломляться. В данном случае стакан, наполненный водой, превращается в подобие собирающей линзы. Свет проходит через воздух, затем через стенку стакана, через воду и ещё одну стенку стакана, опять через воздух и только потом попадает на нашу сетчатку глаза. Таким образом “головы” стрелок меняются местами с “хвостами” на выходе из стакана с водой, за счёт искривления лучей света.

2. Внутри нашей пипетки находится пузырь воздуха. Когда мы сдавливаем стенки пластиковой бутылки, давление внутри увеличивается. Давление так же воздействует и на пузырёк в пипетке, сдавливая его и повышая плотность плотность воздуха в нём. Но плотность самой пипетки и гайки тоже увеличивается. В результате плотность всего “поплавка” становится выше, чем плотность воды в бутылке и он тонет.

3. Используя вместо пальцев, маленькую по объёму скрепку, мы не нарушаем поверхностного натяжения воды. Дело в том, что на поверхности воды существует “плёнка”, состоящая из молекул с избыточной потенциальной энергией. Бросив скрепку в воду, силы с которой она ударяется об поверхность хватает, чтобы деформировать структуру этой “плёнки”. То же самое с пальцами.

С вами была Светлая Сторона!

Ждём ваших пожеланий и замечаний.

Палец вверх, если статья получилась интересной и познавательной.

Спасибо за просмотр!

Источник