МОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В КОСМОСЕ.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«СРЕДНЯЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 12» г. ЭНГЕЛЬСА САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

МОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В КОСМОСЕ.

Работу выполнила ученица 8 «В» класса

Калмыкова Светлана

Павловская Анастасия

Руководитель Корабель Т.В.

ЭНГЕЛЬС

2017

Содержание:

1.Введение – стр. 2

2. Космос и атмосфера – стр. 3

3. Космос и невесомость – стр. 5

4. Космос и теплота – стр. 8

5. Заключение – стр. 11

6. Использованная литература – стр. 12

Введение

Мы живем в эпоху освоения космического пространства. Первым человеком в мире, проложившим путь в космос, был Юрий Алексеевич Гагарин. Его полет на космическом корабле «Восток» 12 апреля 1961 года вошел в историю человечества как выдающееся событие. Но еще до полета Гагарина, весь мир восхищался первым искусственным спутником Земли, запущенном в Советском Союзе. А сейчас многочисленные спутники летают вокруг Земли, межпланетные автоматические станции посещают не только Луну, но и Марс и Венеру. А какую большую научную работу проводят наши летчики – космонавты во время полетов на космических кораблях и долговременных орбитальных станциях. Конечно же, я не полечу в космос, но очень хочу узнать, как происходят некоторые физические процессы в космосе, которые кажутся такими простыми в повседневной жизни. Таким образом, в своей исследовательской работе я постараюсь проверить свои знания, которые получила на уроках физики и сделать первые шаги в изобретательстве, проводя простые опыты по изучению физических явлений и сопоставляя их поведение в условиях космического пространства.

Цель моей исследовательской работы заключается в изучении физических процессов, происходящих на земле и объяснения их протекания в условиях космоса и космического корабля.

Для достижения данной цели мне предстояло решить следующие задачи:

1. Изучить научную литературу, связанную с физическими явлениями, происходящими на земле;

2. На основе изученного материала, провести простые эксперименты и объяснить, как они происходят в условиях земного притяжения;

3. Проанализировав полученные результаты, сделать вывод о их протекании в космосе и космическом пространстве.

Объект исследования: физические явления в окружающем нас мире.

Предмет исследования: физика и космос.

Я считаю, что моя исследовательская работа поможет в изучении простых физических явлений и экспериментально покажет, как они происходят в космосе. Результаты работы можно использовать на уроках физики и во внеурочной деятельности, при изучении космоса.

Космос и атмосфера.

Когда мы говорим о космосе, нам представляется холодное безвоздушное пространство, которое начинается за пределами земной атмосферы. Мертвое пространство. Раз нет воздуха, нет и жизни. На Земле в природных условиях пустота не существует. Земная природа не терпит пустоты. Малейшее разрежение в атмосфере мгновенно заполняется окружающим воздухом. А если дело происходит под землей, например, сдвигаются колоссальные пласты земли во время вулканической деятельности и образуются пустоты — огромные пещеры, то они немедленно заполняются водой или нефтью, либо газом или воздухом, а иногда — расплавленной лавой. И в мировом космическом пространстве нет идеальной пустоты, идеального вакуума. Там содержится и очень разреженный газ, и очень мелкие частички космической пыли, но в слишком ничтожном количестве. Люди не сразу поняли, что воздух имеет вес. Долго его считали невесомым. На поверхности Земли вес воздуха довольно значителен. Воздух давит на все с силой примерно одного килограмма на один квадратный сантиметр. Это давление называется атмосферным. Мы с вами его легко переносим, даже не замечаем, потому что давление, которое существует внутри нас, уравновешивает давление наружное. В естественных условиях вакуум не встретишь. А за пределами Земли, за пределами ее атмосферы, в космосе, вакуум могуч и коварен. От него приходится тщательно оберегать крошечную атмосферу космического корабля, делая корабль герметичным. Все люки его должны плотно закрываться. Малейшая щель, малейшая оплошность — и весь воздух из корабля может улетучиться в ненасытное космическое пространство. Для выхода из корабля в открытый космос космонавт надевает, как вы знаете, скафандр и обеспечивает себя воздухом для дыхания. Сначала космонавт через люк входит в шлюзовой отсек. Люк тщательно закрывается. Открывается второй, наружный люк, при этом небольшое количество воздуха, которое было в отсеке, стремительно вылетает в космическое пространство. Космонавт выходит наружу. И вот возникает вопрос: как же удерживается воздух вокруг Земли, почему он не рассеялся в необъятных просторах космоса? Здесь надо сказать спасибо земному притяжению. Земное притяжение крепко держит на Земле не только нас с вами и все, что на ней находится, но и воздух. Чем ближе к поверхности Земли, тем плотнее ее атмосфера. А на высоте ста километров она очень разреженная, и эту высоту считают границей, за которой и начинается космос.

1.Опыты с атмосферой.

Чтобы показать, как действует атмосферное давление и разряженный воздух, я провела следующий опыт. Взяла небольшой стакан, налила туда воды и плотно прижала открытку ладонью к стакану. Стакан переворачиваю вверх дном, и вода не выливается. При впитывании воды в открытку в стакане образовалось разреженное пространство, а наружное давление с силой прижало открытку к стакану. Теперь к весу воды прибавился и вес самого стакана. И чтобы оторвать открытку, понадобится некоторое усилие.

Если в предыдущем опыте разрежение в стакане достигалось за счет удаления воды из герметически закрытого для воздуха стакана, то в следующем опыте разрежение происходит за счет охлаждения воздуха. Взяла две тарелки, в одну налила холодную воду, в другую — теплую. На поверхность воды в тарелках положила по одной скрепке. Скрепку, которая плавает на холодной воде, накрыла перевернутым стаканом. Воздух в стакане сожмется и вытеснит воду. Вода останется в таком небольшом количестве, что скрепка уже не будет плавать, а опустится на дно тарелки. Это  маленькая модель водолазного колокола. Настоящий водолазный колокол в виде стального ящика без дна или цилиндра, открытого с одного конца, опускается на дно реки или другого водоема, в котором нужно произвести какие-то работы. Воздух внутри сжимается и не впускает туда воду. В колоколе могут находиться рабочие. Воздух для дыхания подается в колокол под давлением.

Взяла второй стакан, хорошо его прогрела сначала теплой водой, а затем кипятком и быстро накрыла им скрепку, которая плавает на теплой воде во второй тарелке. Сначала скрепка опустится вместе с водой, а затем, по мере остывания стакана и, конечно, воздуха внутри него, вода с плавающей на ней скрепкой будет подниматься, и при полном охлаждении стакана ее уровень станет выше воды в тарелке. Нагретый воздух, охладившись, уменьшился в объеме. В стакане давление понизилось, и наружное атмосферное давление вогнало в стакан воду.

Космос и невесомость.

1. О возможности создать искусственный спутник Земли высказался ещё триста лет назад великий физик Ньютон. Он доказал, что если вокруг Земли запустить «физическое тело» с достаточно большой скоростью и если это будет происходить в безвоздушном пространстве, то оно никогда не упадет на Землю и будет кружиться вокруг неё. Сейчас наши искусственные спутники, запущенные с первой космической скоростью, летают в околоземном космическом пространстве. Они выполняют самые разнообразные метеорологические и другие научные наблюдения и сообщают результаты этих наблюдений на Землю. Все, что находится на космическизх кораблях, космических орбитальных станциях и ИСЗ, испытывает состояние невесомости, то есть такое состояние, когда предметы не давят на опоры. Невесомость – это когда тело теряет вес. Вес и сила тяжести не одно и то же. Сила тяжести приложена к самому телу, а вес – сила, приложенная к опоре, на которой тело лежит, или к подвеске, на которой оно висит. Если тело падает, а падает оно под действием силы тяжести, то оно перестает давить на опору или растягивать подвеску. А это значит, что вес исчез – наступила невесомость. Сейчас мы познакомимся с явлением частичной потери веса, а потом будем наблюдать полную невесомость, которую испытывают физические тела в космосе.

2. Опыты с невесомостью.

А) Для того, чтобы понять, как происходит невесомость, я проделала следующий опыт. Взяла в руки динамометр, подвесила на него небольшой груз. Динамометр показал, что на груз действует сила тяжести и вес тела. Встала на стул и держа динамометр с грузом в руках резко опустила их вниз. Стрелка динамометра резко поднялась вверх – она то и показала, что тело во время падения теряет свой вес.

Б) Взяла две нераспечатанные металлические банки консервов разных размеров. Поставила одну банку на другую, чтобы донышко одной вошло в донышко другой. Между ними положила полоску бумаги так, чтобы наружу торчал её конец. Когда я потянула за конец бумаги, то не смогла его вынуть, так как она сильно зажата между банками. Тогда я взяла банки в одну руку, а конец бумаги в другую и отпустила банки вниз, на пол. Падая, они стали невесомыми, и бумага легко выскочила из них.

В) Прежде чем познакомиться с тем, как ведет себя жидкость в состоянии невесомости, я проделала несколько опытов с явлением поверхностного натяжения. Как известно из физики, на поверхности любой жидкости действуют так называемые силы поверхностного натяжения. Напомним, что они возникают благодаря взаимному притяжению молекул, расположенных на поверхности, и молекул, находящихся в глубине жидкости. При этом создаются силы, которые стремятся уменьшить поверхность жидкости. Вы, наверное, наблюдали летом, как по поверхности открытых водоемов со стоячей водой, а иногда и просто луж бегают насекомые — водомерки. Поверхность воды под их ножками хотя и вдавливается, но никогда не прорывается. Даже тяжелые по сравнению с водой предметы, такие, как иголка и лезвие безопасной бритвы, могут лежать на ее поверхности. Это я увидела, когда в стакан налила воду и положила на поверхность жидкости два лезвия от бритвы.

Г) Ну а что же происходит с жидкостью, которая попадает в состояние невесомости? Если вода станет невесомой, то какую форму она примет при удалении её из сосуда?

Проделаю опыт, который полностью создаст условия невесомости для жидкости. В стеклянную рюмку накапала несколько капель подсолнечного масла и налила немного тройного одеколона. Масло тяжелее одеколона, поэтому оно собирается на дне рюмки. Теперь понемногу подливаю в рюмку воду, осторожно помешивая спирт палочкой, чтобы он равномерно смешался с водой. Масляный шарик, оторвавшись от дна, стал медленно подниматься вверх. Прекратила подливать воду и добавила в рюмку немного одеколона. Добилась того, что масляный шарик немного опустился, «повис» в рюмке на некоторой глубине. Набрала в пипетку немного масла и ввела его в масляный шарик. Вводила до тех пор, пока шарик не стал большим. Попыталась изменить форму шара при помощи палочки, но через несколько секунд он принимает прежнюю форму. Это происходит потому, что под действием силы поверхностного натяжения масло образует самую маленькую поверхность – поверхность шара. Таким образом, в состоянии невесомости вода принимает форму шара. И если нет никакого движения в воздухе, то по кабине корабля будет плавать водяной шар.

Теплота и космос.

1. Жизнь на Земле существует благодаря лучистой энергии Солнца и атмосфере. На Земле живут самые разнообразные животные и растения. И приспособились они к самым различным температурам в пределах от 50 – 58 градусов тепла до 60 – 70 градусов мороза. Но ни одно живое существо не выдержало бы холода в космическом пространств, так же как не выдержало бы температуры на поверхности Венеры, где она доходит до сотен градусов тепла. И когда космонавты отправляются в космическую пустыню – где нет среды, которая могла бы нагреться Солнцем, нет ничего, что могло бы задержать и отразить солнечные лучи, а поэтому возможен самый лютый холод, - принимаются все меры к тому, чтобы внутри корабля было достаточно тепло. Воздух в кабине космического корабля или орбитальной станции поддерживается такого же давления и такого же состава, как и на Земле. А температура – такой, к какой люди привыкли. Все это обеспечивают приборы, которые автоматически регулируют и состав, и влажность, и температуру, и давление маленькой атмосферы корабля или станции. Только состояние невесомости дает почувствовать космонавтам, что они не на Земле, а на крошечной искусственной планете, созданной человеческим разумом, которая мчится с огромной скоростью в пустом, мертвом космическом пространстве.

2. Опыты с теплотой.

А) Когда космический корабль с огромной скоростью летит в атмосфере Земли, его стенки трутся о воздух и сильно нагреваются. Чтобы предохранить экипаж корабля, а если это автоматическое устройство, летавшее в районе Луны или какой – либо другой планеты, то для сохранения находящихся там приборов применяют теплоизоляционный, теплостойкий чехол. Он состоит из слоев плохо проводящих теплоту материалов, материалов, способных выдержать высокую температуру.

Из курса физики я знаю, что разные вещества обладают разной теплопроводностью. Для того чтобы это подтвердить, я провела несколько опытов с теплотой.

Взяла две ложки, сделанные из разных металлов, и на них при помощи свечи прикрепила с одинаковых сторон скрепки для бумаг. Эти ложки опустила в стакан с горячей водой. У серебряной ложки скрепка отпадет сразу, а у ложки, сделанной из другого металла, скрепка отпадет позже. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен. Из твердых веществ хуже всего проводит тепло керамика, пластмасса, дерево, ткань.

В природе существует еще один способ распространения теплоты – конвекция. Он наблюдается в жидкостях и газах. Основана конвекция на том, что участки жидкости или газа при нагревании становятся менее плотными и поднимаются вверх, а более тяжелые слои опускаются вниз. Но при невесомости, например, в помещении орбитальной станции, такой способ распространения тепла не действует. Ведь вес – регулировщик теплоты – отсутствует. Чтобы понять, как происходит конвекция у жидкостей, я проделала следующий опыт. Возьмем гладкую металлическую пластинку, (металлическая крышка) положим на нее несколько кристаллов марганцовки, капнем на неё воды и покроем тонким слоем воска. Края лепешки плотно прилепим к пластине. Нальем воду в  стакан, накроем его крышкой таким образом, чтобы лепешка оказалась внутри стакана. Перевернем его вверх дном и поставим на две опоры. Поднесем к тому месту, где прикреплен воск горящую свечу. Лепешка, нагреваясь, оторвется от пластины, и поток горячей воды, окрашенной в фиолетовый цвет, устремится вверх: теплые струйки идут вверх, а холодные – вниз. Для того чтобы наблюдать конвекцию воздуха, я взяла стекло от керосиновой лампы и поставил его на горящую свечу. Она быстро погаснет, так как внутрь не поступает воздух. Свежий воздух туда не поступает, горячий воздух с продуктами горения устремляется вверх, а свежему воздуху некуда пройти. Когда мы в ламповое стекло вставим перегородку, полоску из плоской бумаги, она разделит лампу на две части: в той, где находится свеча, горячий воздух поднимается наверх, а холодный воздух будет притекать к свече сверху. Когда мы выдернем бумажную полоску, свеча моментально гаснет.

Зимой, когда мы выходим на холодный воздух, то надеваем теплое пальто или шубу, которое предохраняет нас от холода. При этом мы применяем теплоизоляцию, то есть воздух, который содержится между волокнами меха или ваты и который задерживает тепло нашего тела, так как он очень плохой проводник тепла. Значит, чтобы сохранить тепло, нужно применить теплоизоляционные материалы. Но и от излишнего тепла тоже нужно принимать теплоизоляционные меры. Когда космический корабль с огромной скоростью летит в атмосфере Земли, его стенки трутся о воздух и сильно  нагреваются. Чтобы предохранить экипаж, а если это автоматическое устройство, летавшее вокруг Луны или какой – либо другой планеты, то для сохранения находящихся там приборов применяют теплоизоляционный, теплостойкий чехол. Он состоит из слоев, плохо проводивших теплоту материалов, способных выдержать высокую температуру.

Тепловые и световые лучи лучше всего отражает зеркальная поверхность. Несколько хуже, но тоже довольно хорошо отражают лучи белые и вообще светлые поверхности. Поэтому летом, особенно на юге, где много солнца, люди предпочитают ходить в светлой одежде. Темная одежде, даже если она сшита из легкой ткани, сильнее поглощает тепловые лучи и в ней значительно жарче. Для того, чтобы понять, что это именно и так и происходит я проделала следующий опыт. Склеила из листа плотной бумаги цилиндр диметром 5 – 6 см и закрасила черной тушью изнутри площадку величиной со спичечный коробок. Прикреплю при помощи пластилина к цилиндру с наружной стороны на одном уровне две монеты. Одну монету прикреплю в середине того места, которое изнутри закрашено тушью, а вторую – с противоположной стороны цилиндра. Надела цилиндр на горящую свечу – её пламя должно быть точно в центре цилиндра и против прикрепленных снаружи цилиндра монет. Быстрее всего отвалится та монета, которая прикреплена к месту, закрашенному черным цветом. Черная поверхность бумаги сильнее поглощает тепловые лучи, а поэтому и быстрее нагревается. Таким образом, чтобы поверхность ракеты сильно не нагревалась, её делают светлой и блестящей.

Заключение.

В своей работе я рассмотрела только небольшую часть физических явлений, которые мы изучаем в курсе физики 8 класса и смогла их объяснить с точки зрения полученных знаний. А также из исследования я поняла, как протекают эти явления в условиях космического пространства. Физика – наука экспериментальная и очень интересная. На этом моя работа не закончилась. Я буду продолжать ставить эксперименты и на основе этого составлю небольшую презентацию, которую мой учитель физики может использовать на уроках.

Используемая литература:

1. Космос у тебя дома – Ф. Рабиза /Издательство «Детская литература» 1978/

2. Физика 7 класс и 8 класс – А.В. Перышкин /Издательство «Дрофа» - 2008/

3. Занимательная астрономия – Перельман Я. И.

4. Энциклопедия юного астронома – /Издательство «Просвещение» -- 1995 /