Теми «Конвекція. Кипіння»

Дослід «Самонавіювання» чи знання фізики?»

Завдання

Візьміть високу склянку і наповніть її водою. Опустіть у неї кип’ятильник і увімкніть його в мережу. Розкажіть казочку про те, що ви і всі присутні перебуваєте у трансі, тому не відчуваєте болю і високої температури. Коли вода почне кипіти, вимкніть кип’ятильник і візьміть склянку знизу, показуючи всім, що навіювання вже почало діяти.

Увага!Будьте обережні! Не торкайтеся склянки вгорі, щоб не отримати опіку!

Запитання

1. Чому склянка знизу холодна?

2. Чому склянка для цього досліду по винна бути високою?

3. Чи закипить вся вода з часом, якщо не вимикати кип’ятильник?

4. Якби кип’ятильник був охолоджувачем, де краще було б його розмістити?

Пояснення явища

Звичайно, ніякого навіювання не було. Справа в тому, що нагрівався лише верхній шар води. Густина гарячої води менша за густину холодної, тому гаряча вода залишалась вгорі і конвекція не відбувалась. Дифузія між гарячим і холодним шарами проходить дуже повільно, тому під час кипіння верхнього шару води знизу вона залишалась холодною.

Відповіді.

1. Нагрівався лише верхній шар води. Густина гарячої води менша за густину холодної, тому вона залишалась вгорі і конвекція не відбувалась. Це приводить до того, що під час кипіння верхнього шару води знизу вода залишалась холодною.

2. Існує небезпека отримати опіки, якщо доторкнутися на довгий час до склянки вгорі. Висока склянка дозволяє тримати її, не торкаючись того місця, де вона гаряча.

3. Ні, не закипить. У місці, де відбувається кипіння, температура води 100 °С. Знизу певна кількість теплоти відводиться навколишньому середовищу, тому завжди буде існувати різниця температур між верхнім і нижнім шарами води.

4. Там, де він є, вгорі. Завдяки конвекції вся вода буде перемішуватись і охолоджуватись.

​

​

Теми «Момент сили. Маса. Центр мас. Робота сили. Механічна енергія. Закон збереження механічної енергії»

Дослід «Круг, що котиться під гірку»

Завдання

Зробіть обруч із картону діаметром 20-30 см і заклейте його з обох боків цупким папером. Усередині обруча прикріпіть тягарець масою т. Тепер пін може котитися вгору похилою площиною! Якщо ви не розкажете спосте- рігачам про тягарець, для них це буде дивом. Запитання

1. Чому круг котиться вгору по похилій площині?

2. Де буде розташовуватися тягарець т, коли рух вгору припиниться?

3. Чи покотиться донизу круг після того, як рух вгору припинився?

4. Де потенціальна енергія круга більша: на початку руху чи коли він піднявся по похилій площині?

Пояснення явища.

На початку руху обруча тягарець перебуває у верхньому положенні. Під час руху круга похилою площиною центр мас переміщується вниз відносно вертикалі. Отже, сила тяжіння виконує роботу, яка йде на надання кругу кінетичної енергії поступального і обертального рухів. Відповіді.

1. Круг намагається зайняти положення, в якому його потенціальна енергія буде мінімальною. Під час цього руху центр мас круга рухається вниз відносно вертикалі.

2. Коли тягарець знаходитиметься знизу, потенціальна енергія круга буде мінімальною. Круг буде продовжувати рух за інерцією. При цьому тягарець трохи підніметься і запасе потенціальну енергію.

3. До самого низу круг не докотиться, але рух назад здійснить, тому що під час зупинки система запасла потенціальну енергію.

4. На початку і в кінці руху круг має тільки потенціальну енергію. Але при переході з початкового положення у кінцеве виконувалася робота по подоланню сили опору. Отже, на початку руху потенціальна енергія круга більша.

​

​

Теми «Сила. Додавання сил. Тиск твердого тіла. Механічні властивості речовини»

Дослід «Надміцна лампа розжарювання»

Завдання

Візьміть звичайну лампу розжарювання і скляну банку на 0,25 л. Вставте лампу в банку, як зображено на малюнку. Банку з лампою поставте на підлогу поряд зі столом. Наступіть правою ногою на лампу і, тримаючись за стіл, повільно станьте на неї. Як не дивно, лампа залишиться цілою!

Примітка. Про всяк випадок одягніть взуття з товстою підошвою!

Запитання

1. Чому лампа, яка зроблена з дуже тонкого скла, витримує вагу вашого тіла?

2. Наведіть приклади, коли використовували кулеподібну форму для створення надміц- них конструкцій у техніці та природі.

Пояснення явища

Лампа — кулеподібної форми. Такі форми мають здатність розподіляти діючу силу по великій поверхні, тому витримують значні тиски і навантаження. Саме тому батискафи, камери підвищеного тиску мають кулясту форму.

Відповіді

1. Завдяки кулеподібній формі лампи, сила, що діє на неї, розподіляється по великій площі поверхні, тому тиск на кожну ділянку лампи не дуже великий. Треба також врахувати, що тонке скло витримує значні навантаження, якщо це деформація стискання.

2. Таких прикладів дуже багато. Коли робили перший супутник, для нього було обрано форму кулі. Супутник перевіряли, кидаючи його на бетонну плиту з висоти 10 м. Перевірка показала, що витримала не тільки конструкція, але й апаратура! У природі таким прикладом може служити яйце курки. Необхідні значні зусилля, щоби роздавити його, тримаючи в кулаці. Тиснути треба з усіх боків. Інший приклад — панцер черепахи.

​

​

​

Теми «Доцентрова сила. Обертальний рух. Інерція. Момент інерції»

Дослід «Гіроскоп»

Завдання

Візьміть непотрібний СD-диск (краще два, зчеплених між собою, для збільшення маси) або платівку і підвісьте його на нитці завдовжки 1,5 м. Щоби диск (платівка) тримався, до одного кінця нитки прив’яжіть сірника і закріпіть його скотчем. Розкрутіть диск і розгойдайте його. Диск буде зберігати напрямок осі обертання.

Запитання

1. Чому диск зберігає напрямок осі обертання?

2. У яких приладах використовують це фізичне явище?

Пояснення явища

Диск, що обертається навколо осі, нагадує собою маятник. Одна з властивостей маятника полягає в тому, що він зберігає напрямок осі обертання у просторі.

Відповіді.

1. Кожна частинка диска намагається зберегти свою швидкість за напрямком і величиною, тому платівка зберігатиме напрямок осі обертання.

2. В гірокомпасах (гіроскопах). Основою гірокомпасів є швидкісний електродвигун. Кріплення двигуна зроблено таким чином, що дає змогу по- вертати його у будь-якій площині. Спочатку ротор двигуна розкручується так, щоби його вісь обертання була спрямована у певному напрямку. Якщо ракета (корабель, машина) змінить напрямок свого руху, відбудеться зміна кута між віссю обертання двигуна і віссю ракети. Цю зміну зареєструють датчики, си- гнали від яких надходять до бортового комп’ютера і обробляються. Далі, з комп’ютера на двигуни видається сигнал керування. Маючи такий компас, вам не страшні магнітні бурі і непогода.

​

​

​

Теми «Тиск газів. Атмосферний тиск»

Дослід «Яйце і посудина з вузьким отвором»

Завдання

Відварене очищене куряче яйце необхідно розмістити всередині посудини з вузьким отвором. Яйце повинно залишитись цілим.

Примітка.

Діаметр отвору посудини повинен бути трохи меншим за розміри яйця. Один з можливих розв’язків завдання показано на малюнку. Зім'ятий аркуш паперу необхідно підпалити і проштовхнути через отвір в посудину. Як тільки аркуш загасне, закрити отвір яйцем вузьким кінцем донизу. Яйце буде втягнуто всередину посудини!

Запитання

1. Чому аркуш паперу гасне в посудині?

2. Чому яйце втягується всередину посудини?

3. Яким ще способом яйце може потрапити в посудину?

4. Чому цей дослід не виходить із цілою картоплиною (яблуком)?

Пояснення явища

Гази всередині посудини будуть охолоджуватись, тиск - зменшуватиметься. Завдяки різниці тисків яйце буде втягнуте всередину посудини.

Відповіді.

1. Під час горіння аркуша паперу витрачається кисень, який є у повітрі посудини. Як тільки його концентрація стає недостатньою для горіння, воно припиняється.

2. Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Яйце під дією сили різниці тисків потрапляє в посудину.

3. Можна закрити посудину яйцем і поставити її в морозильну камеру або в барокамеру.

4. Яйце, на відміну від картоплі, гарно закриває отвір, а головне - воно еластичне. Щоб пройти через вузький отвір, яйце повинне на деякий час набути його форми.

​

​

​