Какое свойство льда демонстрирует опыт проволока проходит сквозь лед
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Первые эксперименты
Суть опыта проста: если к тонкой стальной проволоке прикрепить груз и подвесить ее на кусок льда, проволока пройдет сквозь лед и груз падает, но кусок льда остается сплошным — его целостность не нарушается. Эксперимент довольно известный и описан во многих книгах. Для примера приведем описание из книги Г. Низе Игры и научные развлечения (1958) [ссылка]:
ЛЕД ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Натянутая проволока перерезает лед, но линии разреза увидеть нельзя: над режущей лед проволокой он остается совершенно целым. Что же здесь происходит?
Лед тает в том месте, где на его поверхность оказывается сильное давление. Проволока с висящей на ней гирей давит на ледяную подставку, и поэтому лед под проволокой тает.
В образовавшемся тонком слое воды проволока погружается глубже, а над ней вода снова замерзает, потому что на нее уже ничто не давит. Когда проволока перережет весь ледяной брусок и упадет, шов почти невозможно разглядеть: брусок остается почти совершенно неповрежденным.
Таким образом мы выяснили, что точка плавления льда зависит от давления. Напомним, что точкой плавления называется температура, при которой происходит плавление. Чем больше давление, тем выше и точка плавления [K1].
Наденем на брусок льда тонкую проволочную петлю и подвесим на нее тяжелую гирю. Через каких-нибудь полчаса проволока перережет лед до середины
Это явление широко используется при катании на коньках. Тело конькобежца всей своей тяжестью давит на тонкие полозья коньков, которые поэтому с большой силой врезаются в находящуюся под ними поверхность льда. В результате этого она тут же тает. Образовавшийся тонкий слой воды играет роль смазки — конькобежец легко скользит по льду. Вода играет роль машинного масла, уменьшающего трение. Как только конек сдвинулся с места, давление на лед уменьшилось, и только что образовавшаяся вода тут же замерзла.
Когда мы лепим снежок, часть снега тает и как бы склеивает оставшуюся его массу. Происходит это не столько под влиянием теплоты наших рук, сколько вследствие того давления, которое мы оказываем руками на комок снега.
Это видно хотя бы из того, что сильно сдавив комок снега и потом отпустив его, мы можем получить твердый, как лед, снежный ком.
Ледники представляют собой медленно стекающие с высоких гор ледяные реки. Подвижность твердых ледяных масс основывается на том, что нижние слои тают под давлением вышележащих масс льда, и таким образом вся масса перемещается вниз по склону.
Как видите, эксперимент очень простой и я хотел его провести, но в городской квартире (без балкона) это сделать затруднительно: лед должен находиться на морозе — в противном случае он растает.
Иван Николаевич осуществил этот эксперимент в следующем варианте:
«Проделал опыт со льдом, однако результат меня разочаровал. Для опыта была взята болванка льда из 2 л бутылки, нихромовая проволока диаметром 0.3 мм (от 2 КВт спирали), груз — гиря 16 кг.
Более тонкая нихромовая проволока диаметром 0.25 мм при испытании грузом разорвалась. Опыт продолжался 4 часа при температуре -6°С. В результате проволока углубилась незначительно (менее диаметра проволоки) . Осталась лишь тонкая бороздка.
Видимо, нужна, либо сверхпрочная тончайшая проволока или другие условия, не указанные при описании. Хотя казалось бы, чем меньше мороз, тем меньшее давление нужно для плавления льда. Не исключаю возможности, что описание опыта — миф, подобно «холодному пламени». »
И, наконец, результат заключительного эксперимента:
«Опыт совершенно подтвердился!!! Использовался груз 12 кг, проволока 0.25 мм. Повторить этот простой, но довольно любопытный опыт может каждый. И делать его нужно именно при комнатной температуре, вот в чем и заключается «секрет». Вот некрасивый, но простой вариант.
Используйте проволоку от нихромовой спирали 0.5-0.6 КВт и груз 10-12 кг. Скорость разрезания льда при комнатной температуре (+24°С) составляет около 2 мм/мин. Ее хорошо видно, если подставить линейку под груз, служащий уровнем. Болванка от 2-л бутылки разрезалась за 26 мин, однако глубина была уже около сантиметра, когда я начал опыт. В конце тонкий кусочек льда выщербнуло, но лед удивительным образом смерзается, когда проволока проходит через него. После опыта кусок льда такой же прочности, видно лишь туманный шов.»
Продолжение экспериментов
Провести эксперимент по «разрезанию льда» я планировал давно, в морозилке уже полгода лежала двухлитровая ПЭТФ бутылка с водой (которая уже давно замерзла). Поскольку для опыта мороз не требовался (скорее наоборот), эксперимент можно было провести просто в лаборатории. Наконец, «дошли руки».
Бутылку вынул, пластик срезал и извлек кусок льда. Бутылка была практически полной, но в ней осталось немного воздуха. При разрезании оболочки бутылки обнаружил, что внутри было повышенное давление — воздух со свистом устремился наружу (это не удивительно, т.к. при замерзании воды ее объем увеличивается).
Кусок льда закрепил между двумя стульями. Тонкой стальной проволоки под рукой не оказалось, поэтому взял капроновую нитку. Умудрился прикрепить к нитке две гантели весом 4 кг и стальной цилиндр весом около 5 кг (итого около 13 кг) и подвесил их на ледяную болванку.
Минут через двадцать я увидел, что нитка углубилась в лед, причем лед над ней «сомкнулся», однако, когда прикинул скорость продвижения, понял, что до конца рабочего дня не успею — опыт пришлось прекратить, а нитку вырвать изо льда. Кусок льда поместил обратно в морозилку.
На следующий день я, как ни старался подвесить вчерашний груз на капроновой нитке, — так и не смог: нитка постоянно рвалась. После ряда неудачных попыток я взял стальную проволоку диаметром около 1 мм и подвесил груз. Температура в лаборатории была около 20°С.
Вскоре стало видно, что проволока погружается в лед, а лед над ней снова смерзается. Путь, который прорезала проволока сквозь лед, был заметен, но только если внимательно присмотреться: в противном случае все выглядело так, словно проволока была в воде до ее замерзания.
Проволока погружалась в лед все глубже, одновременно ее края сближались, но происходило это медленно. Во время опыта кусок льда таял и потерял около трети массы (на глаз). Примерно через два часа проволока с грузом прошла сквозь лед и упала (вырвав при этом немного льда из нижней части куска). Место, где проволока прошла через лед, было видно, но не очень отчетливо. Мои попытки разделить кусок льда на две половинки руками не имели успеха. Тогда попробовал бить кусок льда о дерево (местом, где была проволока) — тоже безуспешно: лед начал крошиться, но так и не разделился на две половинки.
Крайне очевидно, но тем не менее интересно: практически все зимние виды спорта держатся на одном факте – лед скользкий.
Низкое трение льда – это то, почему конькобежцы могут развивать скорость до 55 километров в час, почему фигуристы могут выполнять головокружительные пируэты, и почему 20-килограмовый камень для керлинга может скользить.
Но на протяжении большей части последних двух столетий ученые пытались объяснить то, почему лед скользкий и почему коньки могут так хорошо скользить по нему.
Но есть одно очевидное «но»: кататься на коньках на удивление сложно. Практически невозможно увидеть невооруженным глазом, что происходит, когда лезвие прорезает лед, потому что оно закрывает обзор. А слои льда, по которым скользят коньки, микроскопически тонкие.
Поэтому ученые должны полагаться на свои знания физики и химии для объяснения этого явления. Они предположили несколько объяснений, каждое из которых рассказывает о захватывающем свойстве льда.
Прежде всего самый очевидный вопрос: что такое лед?
Лед – это замерзшая вода. Но то, что происходит, когда вода становится твердой, делает это вещество необычным и крайне увлекательным для изучения.
Для большинства веществ во вселенной твердая фаза плотнее, чем жидкая. Когда материал достаточно охлаждается для образования твердых частиц, его молекулы связываются в узкие связки. Но со льдом происходит немного другое. Когда температура опускается ниже 0° С, водородные связи, которые связывают молекулы воды вместе, расширяют дополнительное пространство между молекулами воды, когда они замерзают.
И, как оказалось, благодаря этим знаниям, можно создать идеальный лед для того или иного вида спорта.
Как объясняет Smithsonian Magazine, лед, используемый на катках для олимпийских видов спорта, представляет собой очищенную воду, распыляемую на катках по одному слою за раз, чтобы создать поверхности безупречной структуры. Толщина и температура льда на Олимпиаде зависит от вида спорта. Фигуристы предпочитают лед, установленный близко к точке плавления при -3 °С для дополнительного сцепления и контроля. Хоккеистам нравится более холодный, жесткий, что делает поверхность более скользкой.
Твердый лед, как не удивительно, менее плотный, чем жидкая вода (именно поэтому айсберги плавают в океане). И для ученых это было ключом к выяснению, почему лед такой скользкий.
Гипотеза 1: давление заставляет лед таять
С 19-го века наиболее распространенным ответом на вопрос «почему лед скользкий» было «потому что лед тает под давлением».
Эта идея взята из работы Джеймса Томпсона, который в 1850-х годах разработал формулу, которая описывает очень странное свойство льда: то есть под высоким давлением лед превращается в воду. Это связано с тем фактом, что твердый лед менее плотный, чем вода. Если вы сжимаете лед, он становится менее устойчивым и тает.
Можно увидеть этот эффект с помощью очень простого эксперимента. Например, взять отрезок проволоки и привязать груз к каждому концу. Затем проложить провод через большой кусок льда. Давление проволоки прорежет чистую линию через лед (которая снова замерзнет, как только проволока пройдет сквозь. Это процесс, называемый «регенерация»).
Заманчиво думать, что именно так работают коньки – что давление, оказываемое тонким лезвием на лед, позволяет ему немного подтаивать, чтобы уменьшить трение и сделать скольжение лучше.
Как объяснил Кеннет Чанг из New York Times, человек весом в 68 кг, стоящий на лезвиях, может понизить температуру плавления льда только с 0 °С до -0,1 ° С, в то время как катки для фигурного катания обычно держатся около -3 °С. Проще говоря: фигуристы не могут оказать достаточного давления, чтобы растопить лед.
«Так что, хотя основная идея верна — вы можете растопить лед, создавая давление на него — цифры вообще не работают» – говорит Лиммер.
Таким образом, давление лезвия на лед не может объяснить, почему коньки скользят. Но как насчет трения? Разве скользящее движение коньков на поверхности не может генерировать достаточно тепла, чтобы растопить лед?
Это определенно часть ответа, но это не объясняет, почему лед так необычно скользит.
Гипотеза 2: трение растапливает лед
Что насчет трения? Разве скользящее движение коньков на поверхности не может генерировать достаточно тепла, чтобы растопить лед?
Лиммер объясняет, что трение «является эффектом второго порядка» в проблеме катания на коньках. Трение помогает нам понять, почему коньки могут скользить быстрее и быстрее при движении, но не то, почему они могут это с самого начала.
Гипотеза 3: поверх льда лежит очень маленький слой жидкой воды
За несколько лет до того, как Джеймс Томпсон объяснил, почему давление растапливает лед, физик Майкл Фарадей обнаружил еще одно удивительное свойство льда: тонкий жидкий слой на его поверхности.
Фарадей догадался, что кубики льда слипаются из-за окружающего их слоя жидкости. Когда эти слои жидкости встречаются, затем замерзают вместе.
Этот очень тонкий слой жидкости также делает лед более гладким. Но Фарадей не мог доказать свою гипотезу в то время. Наука об атомах и молекулах еще не была доступна, чтобы помочь ему в объяснении.
В 1987 году ученые подтвердили существование этого «квази жидкостного» слоя с помощью рентгенографии. И это очень, очень тонкий слой. Оценки показывают, что его толщина при -1 ° C составляет от 1 нанометра до 94 нанометров. Это примерно в 1000 раз меньше, чем бактерия.
Но, что интересно, по оценкам профессора Ван Леувена, было бы очень сложно кататься при температуре ниже -30 °C. Даже если на льду все еще будет крошечный слой жидкости, потребуется слишком много трения, чтобы произвести достаточно тепла, чтобы растопить что-либо еще. Кроме того, ниже этой температуры становится все труднее обнаружить крошечный слой жидкости на поверхности льда. Это было бы похоже на катание на гравии.
Опытно-экспериментальная деятельность
Опытно-экспериментальная деятельность Составила: Воспитатель МБДОУ 211 Донская Т.В. . «Плавает или тонет?» 1. Дети в ѐмкости с водой опускают деревянные, металлические, пластмассовые, резиновые предметы;
Подробнее
Физический прибор своими руками
Муниципальное казенное образовательное учреждение Кукуйская основная общеобразовательная школа 25 Проект Физический прибор своими руками Выполнил : ученик 8 класса МКОУ ООШ 25 Бурденков Ю. Руководитель
Подробнее
Познавательные опыты для дошкольников
Познавательные опыты для дошкольников 2011-2012гг Дорогие друзья! Если вы любите все таинственное и необычное, если вы любите наблюдать и размышлять, доверяете своим глазам и опыту, значит у вас душа экспериментатора
Подробнее
Опыты и эксперименты во 2 младшей группе
Опыты и эксперименты во 2 младшей группе ОТКУДА БЕРЁТСЯ ВОДА? Опыты и эксперименты во 2 младшей группе Цель: — познакомить детей с процессом конденсации. Материал: — горячая вода. Оборудование: — ѐмкость,
Подробнее
Эксперименты и опыты с водой
Эксперименты и опыты с водой «Вода прозрачная» Перед детьми стоят два стаканчика: один с водой, другой — с молоком. В оба стаканчика положить палочки или ложечки. В каком из стаканчиков они видны, а в
Подробнее
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ИТОГОВАЯ РАБОТА Вариант 8 Школа Класс 4 Фамилия, имя фамилия, имя учащегося ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ На выполнение работы отводится 40 минут. В работе тебе встретятся разные
Подробнее
Мороз без холодильника
Мороз без холодильника Ход эксперимента: Материалы: 10 кубиков льда или снег, 2 ст.л. поваренной соли, железная кружка, прихватки или варежки, полиэтиленовый пакет, молоток, деревянная разделочная доска
Подробнее
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ИТОГОВАЯ РАБОТА Вариант 6 Школа Класс 4 Фамилия, имя фамилия, имя учащегося ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ На выполнение работы отводится 40 минут. В работе тебе встретятся разные
Подробнее
«Путешествие капельки»
Дурнева Ольга Николаевна Воспитатель МБДОУ детский сад 4 «Путешествие капельки» Занятие с детьми старшей группы Цель: Совершенствовать знания детей о свойствах воды, её агрегатных состояниях, развивать
Подробнее
МАТЕМАТИКА. Вариант 2
МАТЕМАТИКА Вариант 2 Школа Класс 4 «_» Фамилия, имя фамилия, имя учащегося ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ На выполнение работы отводится 45 минут. В работе тебе встретятся разные задания. В некоторых заданиях
Подробнее
Кипение воды при комнатной температуре
Кипение воды при комнатной температуре В.Н. Витер Вариант 1. Кипение воды в колбе В литровую колбу с круглым дном налейте примерно 200-300 мл воды, поставьте колбу на плитку, неплотно прикройте пробкой
Подробнее
ЭТА УДИВИТЕЛЬНАЯ СОЛЬ
Ямбикова Диана Карпов Игорь МБДОУ 2 «Василёк» Руководители: Ямбикова О.Ю., Карпова В.В. ЭТА УДИВИТЕЛЬНАЯ СОЛЬ Введение. Ребёнок по своей натуре исследователь. Любознательность и стремление к экспериментированию
Подробнее
Примеры решения задач
26-27 уч. год. 2 8 кл. Физика. Тепловые явления. Примеры решения задач Задача 1. До какой температуры была нагрета при закалке стальная пилка массой 2 г если при опускании ее в сосуд с маслом через некоторое
Подробнее
«Свалка и дождь» 1. Берем контейнер, насыпаем песок, кладем губки. Один край контейнера стоит на подставке. 2. В пипетку набираем чернила и капаем на губки. 3. Поливаем губки из лейки водой. 4. Берем шприц,
Подробнее
Где взять вещества для опытов
Где взять вещества для опытов Большинство веществ можно с лёгкостью найти в домашней аптечке. На любой кухне найдутся сода и соль. Но в некоторых случаях нужно будет сходить в аптеку и специально купить
Подробнее
Прочитай тексты и выполни задания 11 18
ОПРОВЕРЖЕНИЕ ТЕОРИИ САМОЗАРОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ Прочитай тексты и выполни задания 11 18 Опыт Яна Баптиста ван Гельмонта В Средние века люди охотно верили в то, что гуси произошли от пихтовых деревьев, а ягнята
Подробнее
«Занимательная физика»
МОУ «Половневская средняя общеобразовательная школа» Внеклассное мероприятие по физике «Занимательная физика» Подготовила: учитель физики Жеребцова Н.В. Цели: Тема: «Занимательная физика» 1. способствовать
Подробнее
Рекомендации для родителей
Рекомендации для родителей Научные эксперименты для детей в домашних условиях 1. Научные эксперименты для детей в домашних условиях: «Лавовая лампа» Потребуется: Соль, вода, стакан растительного масла,
Подробнее
Тесты для самоконтроля ТСК 8.1.7
ТСК 8.1.7 1.Парообразование это 1) нагревание жидкости до ее полного превращения в пар 2) переход жидкости в другое состояние 3) превращение жидкости в пар 2.Известны два вида парообразования 1) испарение
Подробнее
День экспериментов в старшей группе «Б».
День экспериментов в старшей группе «Б». Составила Оленина Н.Н. Воспитатель первой категории. Тема. Занимательные опыты с водой. Цель: расширить представления детей о воде, познакомить со свойствами воды;
Подробнее
ОБЩЕСТВОЗНАНИЕ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (1)
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Экспериментальные материалы для учащихся 5 классов ОБЩЕСТВОЗНАНИЕ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (1) Вариант 3 Школа Класс 5 Фамилия, имя фамилия, имя учащегося ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ
Подробнее
Проект «Чудеса воды»
Муниципальное дошкольное образовательное учреждение Кораблинский детский сад «Солнышко» муниципального образования — Кораблинский муниципальный район Рязанской области УТВЕРЖДАЮ: Заведующий МДОУ Кораблинский
Подробнее
Задание 1 (5 минут) Решение
Задание 1 (5 минут) В сосуде с водой плавает опрокинутая вверх дном кастрюля Будет ли изменяться уровень воды в кастрюле с изменением температуры окружающего воздуха? (Тепловым расширением воды, кастрюли
Подробнее
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ВАРИАНТ
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ВАРИАНТ ПОД ВОДОЙ Человек веками мечтал проникнуть в подводный мир. Сначала туда опускались пловцы, потом водолазы. Но давление воды не давало им погружаться глубоко. Вода имеет вес. Каждый,
Подробнее
Выращиваем кристаллы
Районная конференция для младших школьников «Я — исследователь» Направление: окружающий мир Выращиваем кристаллы Исследовательская работа Работу подготовил: Целищев Тимофей, ученик 2 «б» класса, 8 лет,
Подробнее
Фотовыставке «Я и моя семейная лаборатория»
Фотовыставке «Я и моя семейная лаборатория» Вдовиченко Саша «Огнеупорный шарик» Понадобится: 2 шарика, свечка, спички, вода. Опыт: Надуйте шарик и подержите его над зажженной свечкой, чтобы продемонстрировать
Подробнее
Плавится ли иод в открытом сосуде?
Плавится ли иод в открытом сосуде? В.Н. Витер В любом учебнике написано, что при обычных условиях иод не плавится. Если нагревать кристаллы иода в открытом сосуде, они сразу превратятся в фиолетовый пар
Подробнее