Турнир Юных Физиков

ТЮФ ежегодно проводится для учеников 8-11 классов. В начале проводится зональный по регионам, а по его итогам проводится всероссийский. На всероссийский попадают команды занявшие I, II и III места. Проводится также и международный, но чтобы туда попасть требуется занять I и II места. Каждый раз турнир проводится в разных городах.

Выдается 17 экспериментальных задач, дается время на их решение. Эти задачи докладываются перед другими командами. В одном физбое участвуют 3 команды (в роли докладчика, оппонента и рецензента), а остальные наблюдают за действием.

Оппоненты вызывают докладчиков на задачи, которые оппоненты выбирают. Цель оппонента указать на недостатки решения. А рецензент недостатки оппонента и докладчика.

Для примера мы предлагаем решение одной из задач 2004 года:

*************************************************************************************

Пыль на воде.

Тема: исследовать поведение пыли на воде.

Цель: изучить параметры, от которых зависит поведение пыли на воде.

План:

I Введение

II Общая часть:

1. что определяет характер поведения пыли на воде
2. описание опытов

III Выводы

При уменьшении температуры газа и увеличении его давления уменьшается скорость молекул и сокращается среднее расстояние между ними. Силы притяжения молекул становятся особенно существенными, когда средняя потенциальная энергия молекул порядка их средней кинетической энергии. Притягиваясь, друг к другу, молекулы объединяются в частицы пара, которые образуют жидкость. Если газ занимает весь предоставленный ему объем, то жидкость может занимать лишь определенную часть сосуда.

Из-за сильного притяжения молекул жидкость сохраняет объем. На границе с газом (или паром) жидкость образует свободную поверхность.

Молекулы на поверхности жидкости находятся в особых условиях по сравнению с молекулами ее внутренних слоев. Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю (рис. 1).

Рис.1 Молекулярный механизм поверхностного натяжения.

Молекулы поверхностного слоя жидкости притягиваются только молекулами внутренних слоев. Молекулы, находящиеся на поверхности, под действием результирующей силы притяжения втягиваются внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном ее объеме. Поэтому жидкость (в отсутствие силы тяжести или в случае, когда она уравновешена силой Архимеда) принимает сферическую форму, имеющую минимальную поверхность при одном и том же объеме (рис. 2).

Рис.2 Капля масла в водном растворе спирта.

Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму. Этот эффект называют поверхностным натяжением.

Поверхностное натяжение— явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.

Это притяжение обусловливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости.

Поверхностная энергия — дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.

Благодаря поверхностному натяжению воды на ее поверхности могут плавать легкие предметы и удерживаться микрочастицы (порошок, пыль и т.д.).

По моему мнению, дальнейшее поведение пыли на воде определяется законами поверхностного натяжения, то есть характером взаимодействия между молекулами:

1) пыль-вода

2) вода-вода

3) пыль-воздух

4) пыль-пыль

Так же, здесь играют роль размер, форма частиц пыли и их вес; температура воды (рис.3)

Рис.3 Зависимость поверхностного натяжения воды от температуры

Для проведения опыта мной была использована вода при температурах 5’C 30’C и 90’C и разные микрочастицы пыли: муки (рис.4), мела (рис.5), присыпки (рис.6)

Эксперимент проводился в хорошо отстоявшейся воде, для того чтобы избежать конвективных движений и их влияния на изучаемый процесс.

 Мука на воде. (смотреть)

При нанесении муки тонким слоем в центр округлой, стеклянной чашки, на 2/3 заполненной водой, я наблюдал равномерное распределение, в течение 1-2 секунд, по поверхности с постепенным проникновением микрочастиц муки в глубь воды от центра к периферии и образованием на дне осадка, полностью повторяющего форму пятна на поверхности воды со сгущением к центру. С увеличением температуры воды до 90'C частицы муки через 1-3 секунды после нанесения их на поверхность образовывали комки шаровидной формы, которые практически не давали возможности микрочастицам осаждаться на дно, и таким образом образовывать осадок. То есть с увеличением температуры воды количество осадка уменьшалось.

Мел на воде. (смотреть)

При нанесении мела тонким слоем в центр округлой, стеклянной чашки, на 2/3 заполненной водой, я наблюдал следующее: микрочастицы мела неравномерно распределились от центра к периферии. При этом они оставались в месте нанесения. Через одну секунду большая их часть опустилась на дно. Образовался неравномерный осадок. При увеличении температуры воды до 90'C характер распределения частиц и образования осадка не изменился. Немного возросла скорость оседания микрочастиц.

Присыпка на воде. (смотреть)

При нанесении присыпки на воду, произошло равномерное распределение микрочастиц от места нанесения к периферии. При этом образование осадка не наблюдалось. За то с увеличением объема и массы присыпки вместе нанесения возрастала "ниша" на поверхности воды. С увеличением температуры до 90'C, скорость распределения микрочастиц по поверхности увеличивалась, при этом, не влияя на образование осадка.

Вывод: Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в микрочастицы. Характер поведения микрочастиц пыли на воде обусловлен типом взаимодействия молекул; размером и весом микрочастиц пыли, их плотностью. Частично характер поведения зависит от температуры воды.

*************************************************************************************

Нам кажется, что участие в турнире развивает, помогает лучше понять природу разных явлений и обрести новых друзей. УЧАСТВУЙТЕ И ПОБЕЖДАЙТЕ!

Команда ТЮФ г.Пушкина

Паршин Николай, 11"B"