Научно - исследовательская работа "Необычный лёд"

III окружная научно-практическая конференция

младших школьников «Я - исследователь»

Тема: «Необычный лёд»

                                                        Выполнил:

                                                        Вякин Артем

                                                        Ученик 3 «Б» класса ГБОУ СОШ                                                            

                                                        № 5 «Образовательного центра                                                                                  

                                                        «Лидер»

                                                                                Научный руководитель:

                                                                       Гуляганова О.В.

                                                                       Учитель начальных классов

Кинель 2012

Оглавление

Введение      ……………………………………………………………..3                                                                    

Глава 1. Лед – это интересно

        1.1 Что такое лед?…………………………………………………5

        1.2 Свойства льда…………. ……………………..........................5

Глава 2. Необычные свойства льда

        2.1 Экспериментальное исследование….…………………….....7

        2.2. Анкетирование одноклассников………………………….....9                                      

Выводы…………………………………………………………………...10

Заключение……………………………………………………………....12

Библиографический список………………………………………….....13

Приложение…………………………………………………………...…14

Введение

 Я очень люблю смотреть по телевизору спортивные соревнования, особенно зимние виды спорта. Например, хоккей, фигурное катание и конькобежный спорт. Однажды, наблюдая за конькобежцами, я подумал: «Почему при катании на коньках на поверхности льда практически не остается следов, ведь коньки у спортсменов острые?»

 Проблема: перерезать лед, оставив его целым, и другие свойства льда. Меня заинтересовал этот вопрос, и  я решил провести исследование на тему «Необычный лёд».

Теоретической основой послужили книги «Занимательная физика» и  «Занимательные задачи и опыты» Я.И.Перельмана  и «Научные эксперименты дома» И.Гейккера, в которых рассматриваются свойства льда и  опыты с ним.

Цель работы – изучить  свойства льда.

Объект  исследования - лед.

Предмет исследования - свойства льда.

Задачи исследования:

1. анализ литературы по свойствам льда;
2. определение значимости свойств льда;
3. изучение роли льда в жизни людей.

Гипотезы:

1. Возможно, вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как все физические тела.

2. Возможно, под давлением разрушенный лед снова срастается.

3. Возможно, охлаждающие свойства льда усиливаются при взаимодействии с солью.

4. Так как по закону физики теплые слои вещества поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз, то возможно, при охлаждении чего-либо, например, продуктов питания, лед нужно помещать сверху.

Методы:

1. анализ литературы по проблеме;
2. эмпирические методы – наблюдение, эксперимент, анкетирование одноклассников;

Практическое значение работы

3. для  достижения лучших результатов в некоторых видах зимних видах спорта
4. для усиления охлаждающих свойств льда в быту

Глава 1. Лед – это интересно.

1.1.Что такое лед?

В книге Я.И.Перельмана говорится, что лед-это вода в твердом состоянии. Лед бесцветен, но возможно его окрашивание в синий оттенок при большом скоплении.

Пресная вода превращается в лед при температуре 0°С, а морская лишь при -1,9°С, это происходит из-за присутствия в морской воде соли.

В природе лед очень распространенное явление. Лед содержится даже в глубинах земной коры и делится на несколько разновидностей, такие как речной, морской, озерный, грунтовый. Там, где снега выпадает больше, чем успевает таять, со временем образуются ледники. Ледники – это большое скопление снега, превратившегося в лед под давлением собственной массы. В леднике содержатся много воды, а его белая поверхность отражает солнечный свет и тепло. Ледники сильно влияют на климат: если они тают, солнечный свет больше нечему отражать , на планете становится теплее, тают всё новые ледники – это замкнутый круг.

Лед широко используется людьми в быту, в промышленности и некоторых видах спорта.

1.2. Свойства льда.

Сила льда.

Замерзая, вода увеличивается в объёме примерно на десятую часть. Это называется аномалией воды. Все вещества при охлаждении сжимаются. И  только вода ведёт себя не «нормально», а «аномально», она расширяется, обладая огромной силой. На каждый квадратный метр она давит массой в 2200 кг – это всё равно, что поставить 2200 пакетов молока на ноготь большого пальца.

Лёд тает под давлением.

Ещё одно аномальное свойство воды – это таяние льда под давлением. Лёд тает, испытывая сжатие. При катании на коньках лёд под весом конькобежца подтаивает, образуя под лезвиями коньков водяную плёнку, по которой легко скользить. А вода, освободившись от  давления, вновь замерзает и следов от коньков практически не видно. Поэтому, хотя лед в мороз и сухой, но под коньком он всегда смазан водой.

Морозильник без электричества.

     Задолго до открытия электричества люди использовали лед для охлаждения продуктов, и даже научились готовить мороженое, усиливая охлаждающие свойства льда обыкновенной солью. Лед и соль составляют холодильную смесь. Она охлаждается сама по себе, без затрат энергии, в отличии от электрического холодильника. В конце ХVll в. домохозяйка Нэнси Джонсон из США запатентовала первую  машинку для мороженого. Работала она очень просто: в деревянное ведерко засыпали лёд и дешёвую кормовую соль, в смесь помещали металлический патрон с мешалкой, а в него заливали ингредиенты мороженого. Мороженое замерзало, оставаясь вязким благодаря постоянному помешиванию.

         На лед или под лед?

     Когда мы хотим охладить, к примеру, воду, куда мы ставим сосуд: на лед или под лед?

     Многие, не раздумывая, поставят сосуд с водой на лед. Я думаю, так охлаждать не годится. Нагревать что-либо действительно можно снизу, а охлаждать, наоборот, сверху. Верхние слои жидкости, прилегающие ко льду, охладившись и став тяжелее, опускаются вниз, а на их место поднимаются другие, еще не остывшие порции воды. Не только жидкости можно охладить сверху: мясо, рыбу, овощи нужно для охлаждения тоже помещать под лед. Ведь они охладятся не столько самим льдом, сколько остуженным воздухом; ведь холодный воздух  тоже течет вниз, не вверх.

Глава 2. Необычные свойства льда.
2.1. Экспериментальные исследования. 

Я решил провести несколько экспериментов для подтверждения своих гипотез.

Эксперимент первый – «Сила льда»

Я взял обычный стакан, поставил его в морозилку и заполнил его водой: так ничего не пролилось. Через несколько часов, я увидел, что вода не только замёрзла, но и поднялась над краем стакана. Ещё бы немного и стакан мог треснуть!

Эксперимент второй - «Под давление перерезанный ниткой лед снова смерзается».

 Для опыта мне потребовалось: кружка, кубик льда, тонкая нитка, 2 груза.

 Я положил кубик льда на дно перевернутой кружки. Затем отрезал кусок нитки и крепко привязал к обоим концам по грузу. Потом поставил кружку с кубиком льда в холодильник и положил нитку поперек кубика так, чтобы грузы свисали с обеих сторон. Взглянув на конструкцию через некоторое время, я увидел, что нитка немного углубилась в кубик льда. Затем я подождал еще, и нитка оказалась в середине кубика, а еще немного погодя нитка дошла до конца, но сверху кубик остался целым.

 Эксперимент третий - «Охлаждение без электричества».

Для опыта я взял измельченный лед, насыпал в большую миску  и хорошо перемешал с солью. Затем маленькую миску закопал как можно глубже в лед.  В нее налил теплый сок и аккуратно перемешал. Сок остыл примерно через 15 минут. Смешивая соль со льдом можно получить температуру -21,3°С. Для  этого нужно смешать 33гр соли со 100гр льда.  

   Эксперимент четвёртый – «На лед или под лед?»

 Для этого опыта я взял кружку с водой и лед. Сначала я попробовал поставить емкость с водой на лед. Вода в кружке остывала очень медленно. Тогда  я положил лед сверху, и процесс охлаждения пошел быстрее. Чистая вода охлаждается при этом не до 0°С, а только до температуры 4°С, при которой имеет наибольшую плотность.

2.2.  Анкетирование одноклассников

См. приложение № 1

Выводы.                                                                                                                                    

            Анализ результатов исследования.

Из проведенных экспериментов я сделал выводы:

1. Замерзая, вода увеличивается в объёме, давит во все стороны, обладая огромной силой. Не только бутылки с водой лопаются на морозе – зимой могут потрескаться дороги и тротуары. Вода, попавшая в щели и трещины, замерзая, давит во все стороны, и трещины увеличиваются. Поэтому нельзя зимой отключать отопление.

2. Лед – это единственное вещество в природе, с которым можно провести подобный опыт с перерезанием  ниткой. Поэтому когда конькобежец опирается весом своего тела на коньки, лед под этим давлением тает и конек скользит, а вода, освободившись от  давления, вновь замерзает. Поэтому, хотя лед в мороз и сухой, но под коньком он всегда смазан водой.

3. Лед часто используют для охлаждения чего-либо, но охлаждающие свойства льда можно усилить, добавив  обычную соль. Эта холодильная смесь охлаждается сама по себе, без дополнительных затрат энергии, в отличие от электрического холодильника.

4. Не только жидкости можно охладить сверху: мясо, рыбу, овощи нужно для охлаждения тоже помещать под лед. Ведь они охладятся не столько самим льдом, сколько остуженным воздухом; ведь холодный воздух  тоже течет вниз, не вверх.

Я смотрел спортивные передачи по телевизору, прочел несколько книг, организовал несколько экспериментов, провел анкетирование одноклассников. Вся проведённая мной работа подтверждает мои гепотезы. Некоторые свойства льда имеют большое практическое значение. Так, перерезанный и вновь смерзшийся лед помогает спортсменам (фигуристам, конькобежцам и т.д.) добиваться высоких результатов.

В бытовых условиях охлаждающие свойства льда позволяют быстро охладить и долго, и эффективно сохранять продукты питания.

Заключение

          Итак, все проведенные исследования подтверждают мои гипотезы.

I. Вода, замерзая, расширяется, а не сжимается как все предметы. Поэтому лёд и вышел за края стакана, чуть не раздавив его.

II. Перерезанный ниткой лед снова смерзается.

Лед тает, испытывая сжатие. Если зажать кубик льда в тисках, он растает под давлением. Такое свойство льда удивительно, ведь другие вещества при сжатии твердеют. Это свойство называется аномалией воды. Под тяжестью грузов нитка давит на кубик льда. В результате лед под ниткой тает. Но так как лед очень холодный, теплая вода под ниткой снова замерзает, ведь давления этот участок уже не испытывает. Так нитка проходит кубик льда насквозь.

III. Охлаждение без электричества.  

Стоит только смешать лед с солью, получается так называемая холодильная смесь. Температура этой смеси быстро падает, охлаждая сок в маленькой миске. Ведь для того, чтобы растворить соль и растопить лед, нужна энергия, поэтому смесь забирает тепло из окружающей среды. Меньше тепла – значит больше холода.

IV. На лед или под лед.

Этот эксперимент убедил меня в том, что при охлаждении лед лучше помещать сверху. Верхние слои жидкости, прилегающие ко льду, охладившись и став тяжелее, опускаются вниз, а на их место поднимаются другие, еще не остывшие порции воды.

Библиографический список:

        1) И.Геккер «Научные эксперименты дома». Изд- во «Эксмо» 2011 г.

        2) интернет ресурсы

3)Я.И.Перельман  «Занимательная физика». Книга 1. Изд-во Либрусск. 1992г.

4) Я.И.Перельман  «Занимательные задачи и опыты». Изд-во Либрусск. 1992г.

Приложение № 1.

Анкета «Свойства льда»

Как вы думаете, можно ли перерезать лёд ниткой?

Варианты ответов:

Да

Нет

Не знаю