научно-практическая конференция
творческая работа учащихся по геометрии (8 класс)

Министерство образования и науки РБ

Хоринский район

Центральный Образовательный Округ №1

МБОУ «Хоринская  средняя школа №1 им. Д.Ж.Жанаева»

IV окружная  научно-практическая   конференция учащихся

«Я -личность», посвященная году театра

номинация: Естественные науки

Тема: МОЖНО ЛИ ХОДИТЬ ПО ВОДЕ?

Автор: Гапонова Александра - ученица 7класса МБОУ «Удинская средняя общеобразовательная школа»,

с.Удинск, ул. Солнечная 6/1

Руководитель: Самбуева Нина Степановна–учитель математики первой категории МБОУ «Удинская средняя общеобразовательная школа»

с.Удинск

2018г.

Содержание

1. Введение_________________________________________________  4 стр.

Глава I. Первая гипотеза: почему корабли могут ходить по воде?  

1.1. Плотность______________________________________________   5 стр.

1.2. Выталкивающая сила ____________________________________   5 стр.

Глава II. Вторая гипотеза: кто из обитателей живой природы может ходить по воде и почему?

2.1. Дикобраз_______________________________________________    7стр.

2.2. Птицы_________________________________________________    7стр.

2.3.  Жук водомерка__________________________________________   7стр.

2.4. Ящерица василиск_______________________________________    8стр.

2.5.Паук рыболов___________________________________________    8 стр.

Глава III. Третья  гипотеза: может ли человек ходить по воде?

Основные  требования к третьей гипотезе      ____________________  9 стр.

Заключение и вывод_________________________________________ 12 стр.

Использованная литература__________________________________ 13 стр.

 Приложение______________________________________________ 14 стр.

Отзыв

на научно-исследовательскую работу

учащейся 7 класса МБОУ «Удинская СОШ»

Гапоновой Александры

Тема: Можно ли ходить по воде?

    Александра изучает данную работу уже более года. Она сразу же зарекомендовала себя с лучшей стороны: проявилось его неиссякаемое трудолюбие, интерес к избранной теме. В процессе научно-исследовательской работы она освоила различные методы исследования и изучения своего материала.
Ее интерес к теме передался и учащимся, которые очень охотно помогали ей в проведении опытов.    Представленная работа, объемом 14 страниц, выполнена с учетом рекомендаций и требований к выполнению научно-исследовательских работ. В ней присутствуют все обязательные элементы: цели, задачи, методы исследования. Определена суть изучаемой проблемы и ее актуальность, дан анализ использованных источников информации. Методы проведения исследований выделены, обоснованы и соответствуют поставленным задачам. Результаты исследований сопоставлены с первоначальной гипотезой, выводы сформулированы корректно. Тема работы раскрыта. Продемонстрирован доступный уровень понимания целей и задач исследования, знания специальных понятий, способности к анализу и навыки определения проблем и поиска путей их решения, хорошие навыки обработки информации. Изучен достаточный большой объем источников. В работе просматривается творческий подход, оригинальность и элементы изобретательности. Уровень проделанной работы показывает интерес учащейся к данной теме. Работа оформлена качественно.

Руководитель : Самбуева Н.С.

учитель математики  МБОУ «Удинская СОШ

Введение.

МОЖНО ЛИ ХОДИТЬ ПО ВОДЕ?

      Я очень часто, глядя на большие корабли, которые показывают  в фильмах, задумывалась: что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжелые грузы?   Кто ещё  может ходить по воде? Что нужно сделать, чтобы ходить по воде? Можно ли ходить по воде? Ответив на эти вопросы, все мы по иному могли бы использовать  две трети поверхности нашей планеты.

Цель исследования:     Выяснить, что позволяет разным  объектам держаться на воде?

Задачи исследования:                                                        

1.Собрать и проанализировать информацию о причинах плавания исследуемых

объектов.                                    

2.Провести опыты, объясняющие, что позволяет объектам держаться на воде.

Поговорив со своими родными, я выдвинула три гипотезы:

Гипотеза первая:  корабли и другие суда могут ходить по воде.

Гипотеза вторая: некоторые  насекомые и  животные могут ходить по воде.

Гипотеза третья: человек пока не может ходить по воде.  

Методы исследования:                                                                                

1.Подбор и изучение литературы и анализ прочитанного.

2.Изучение информации полученной из Интернета.

3.Проведение опытов.

4. Оценка результатов проведенных опытов.  

1. Рассмотрим первую гипотезу - почему корабли могут ходить по воде?  

 Причин несколько.

1.1. Плотность

      Все мы знаем, что если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть. Это также видно из опыта №1 на презентации. Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью. Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме. Затем я взяла кубики одинакового размера  70х40х50 мм из разного материала - металл, дерево, камень и пенопласт и взвесила их. Я увидела, что кубики имеют разный вес, а следовательно, и разную плотность. Отсюда сделала вывод, что из кубиков самый плотный  материал – это металл, затем камень, дерево и пенопласта. (Опыт №2) А что произойдет, если эти кубики опустить в воду? Как видно из опыта камень и металл утонули – их плотность больше плотности воды, а пенопласт и дерево нет – их плотность меньше плотности воды. Значит,  любой предмет будет плавать, если его  плотность меньше плотности воды. (Опыт №3) 

      Следовательно, корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды. Предположим, делать его из  такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя  свойство дерева  – плавучесть. Это  был единственный доступный материал, который  поддавался обработке в те времена.

Вес кубика из: камня –264гр., пенопласта -  3 гр., металла - 1020 гр., дерева – 70 гр.      

        Сегодня мы видим много кораблей сделанных из  металла,  но они не тонут. Причина  в том, что их корпус наполнен воздухом. Воздух намного менее плотное вещество, чем вода. У корабля образуется, как бы общая, суммарная плотность воздуха и металла. В результате этого средняя плотность корабля вместе с огромным объемом  воздуха в его корпусе становится меньше плотности воды. Потому- то и не тонет тяжелый корабль. Подтвердим это опытом: опустим в воду плоский лист металла – он сразу же тонет, а любая посудина с бортами остается на плаву -  в ней образуется запас плавучести.

Туда  даже можно положить груз. (Опыт №4)

  Так же действует спасательные средства: жилет или круг, одетый на человека. С их помощью удается удержаться на плаву до прибытия спасателей.

 1.2. Выталкивающая сила.                                                                              

      Кроме того на погруженное в воду тело действует выталкивающая сила. На слайде мы видим, что на тело со всех сторон действуют силы давления:        

       Предполагается  что силы, действующие в горизонтальном направлении, т.е. на борта судна, взаимно компенсируют друг друга. Давление же на нижнюю поверхность- на днище, превышает давление сверху. Вследствие этого возникает направленная вверх выталкивающая сила. Это хорошо видно из опыта, когда мячик с воздухом внутри, погруженный в воду, с силой вылетает из нее вверх. (Опыт №5) 

    Это действует на мяч выталкивающая сила (сила Архимеда).  Она то и удерживает корабль на плаву и позволяет кораблю плавать. Действуют на корабль:    1-Силы поддержания; 2-давление воды на борт судна.

   Отчего же зависит действие выталкивающей силы?  Первое – это от объема корабля и второе - от плотности воды, в которой  корабль плавает. Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела. Проверим это опытом: положим на плавающую доску небольшой груз – они тонут. А вот объем надувной лодки значительно больше, и она  может выдержать даже несколько человек. (Опыт №6)   

     Второе -  выталкивающая сила   меняется  с увеличением плотности  воды. Плотность воды можно увеличить, если ее сильно-сильно посолить. Докажем это следующим опытом: я залила в шарики желтый и оранжевый соленую воду и опустила их в пресную воду аквариума – они утонули. А зеленый и синий шарики с пресной водой –  остаются наплаву. Следовательно,  плотность соленой воды увеличилась.(Опыт №7,8)

     Теперь посмотрим,  как изменится выталкивающая сила в более плотной жидкости? Проведем  опыт: опустим картофелину в емкость с соленой водой – она остается на плаву. Затем опустим картофелину в емкость с пресной водой – она утонула. Из проведенного опыта  видно, что в соленой воде  на плаву удерживаются те предметы, которые прежде тонули. Я увидела, что выталкивающая сила увеличивается  с увеличением  плотности воды. Следовательно, в море, где вода соленая (с большей плотностью), выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная и судно может нести грузы большей тяжести. (За эталон принята плотность пресной воды, которая при температуре +4 градуса составляет 1000 кг/м.куб. В море вода соленая и от этого более плотная. Например в Мертвом море плотность воды равна 1278 кг/м.куб.) А вот перемещаться в разные стороны по воде корабль заставляют винты в подводной части судна, приводимые в движение мощными  двигателями из машинного отделения.                

На основании проведенного исследования можно сделать выводы о том, что

корабли могут ходить по воде так как:

1. Корабль обладает  достаточным запасом плавучести.

2. На корабль  действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной кораблем.                                                      

 2. Рассмотрим вторую гипотезу – кто из обитателей живой природы может ходить по воде и почему?

2.1. Дикобраз

       О дикобразе можно с уверенностью сказать, что даже если он захочет, то не сможет утонуть, так как  полости  внутри его многочисленных игл заполнены воздухом. (Опыт №9) Это помогает животному держаться на поверхности воды. Как видно из проведенного опыта: зеленый  резиновый шарик не надутый тонет, а наполненный воздухом  розовый шар – плавает. Так же как  и  дикобраз.

 2.2. Птицы

    Я много раз видела на озерах, как плавают лебеди, утки. Они легко удерживаются на плаву. Это потому что их перья полые  и они очень плотно прилегают друг к другу, создавая воздушную прослойку. Также перья птицы  имеют смазку, защищающую их от намокания. Их тело вырабатывает жир. При помощи клюва птица постоянно смазывает свое оперение жиром, который отталкивает воду. Вода не может намочить перья, что помогает  птице сохранять тепло и держатся на воде. (Опыт№10)    

       Это легко проверить следующим опытом: берем два нитяных клубочка и один из них окунаем в растительное масло. Затем положим их в стаканы с водой и увидим, что промасленный нитяной клубочек плавает, а второй – утонул.         А еще водоплавающие птицы «бегут» по воде при взлете. Так им удается развить большую скорость. Быстро перебирая лапами,  и одновременно работая крыльями, разгоняются, пока не наберут скорость достаточную для отрыва. Затем изо всех сил отталкиваются от поверхности воды и взлетают. Это напоминает  самолет при взлете.

  2.3.  Жук водомерка.

    Водомерка очень свободно чувствует себя на поверхности воды, оставаясь на плаву. Это  жучок размером от одного сантиметра до  гигантской вьетнамской разновидности - 80 мм. По мере увеличения  размера тела водомерки удлиняются и ее лапки. Эти лапки покрыты тысячами крошечных волосинок, которые практически не намокают. И это очень важно чтобы удержатся на плаву: ведь если бы лапки намокли, то они тянули бы вниз, да и вытянуть их из воды было бы трудновато. Присмотревшись, можно увидеть, что там, где их тонкие длинные ноги соприкасаются с поверхностью воды, на воде появляются небольшие вмятины, ямки. Поверхность воды ведет себя так, как если бы она была покрыта тонкой резиновой пленкой, которая под весом жука растягивается, но не разрывается при этом. Вода отвечает давлением, обращенным изнутри наружу, стремясь восстановить свою ровную поверхность. Это явление называется поверхностным натяжением воды. Его можно наблюдать на  ложке наполненной водой до краев – вода на ложке как бы «горкой», что хорошо видно из опыта. Капля воды в состоянии полета, в  невесомости  сохраняет форму шара только благодаря силе поверхностного натяжения. Его еще называют  «кожей» воды. Наличие силы на поверхности воды мы можем наблюдать на следующем опыте: уложим на  воду металлическую швейную иголку или канцелярскую скрепку. Они, как и водомерка, будут удерживаться на ее поверхности. (Опыт №11) Эти опыты показывают, что водомерке удержаться на воде помогает сила поверхностного натяжения воды. Вес насекомого уравновешивается поверхностным натяжением, сила которого превышает массу тела водомерки. Благодаря этому водомерка остается на плаву и может выполнять прыжки вверх в воздух подобно прыжкам человека на батуте.     Таким образом, водомерки имеют как бы два вида походки: прыжок вверх в воздух и скольжение по воде. Я  наблюдала на озере,  как ловко жучки водомерки скользят по воде! Скорость их передвижения  около 100 км/час, как у автомобиля. Как это у них получается? Ученые доказали что водомерки пользуются своими конечностями, словно веслами. Только они не погружают свои «весла» в воду. От лапок образуются ямки на поверхности воды. Эти ямки работают, словно лопасть весла.  Каждый гребок создает за лапками мини- водоворот, завихрения в воде. Благодаря этому водомерка и движется вперед, как бы отталкиваясь от задней «стенки углубления», как это изображено на рисунке.              

2.4. Ящерица василиск.         

       В интернете, в поисках материала,  я изучила и рассмотрела еще одно удивительное явление:   как двигается по воде очень редкая ящерица шлемоносный василиск, которая проживает в центральной Америке. Ее размеры достигают  от 20 до 80 см. Весит она около 100 грамм. Василиск - редчайшее существо, которое передвигается  по воде, сохраняя при этом равновесие между водой и воздухом. Это превосходные пловцы, способные оставаться под водой в течение получаса. А затем подняться  на  поверхность и бежать по воде со скоростью до 12 км/ час, т.е. в два раза быстрее, чем человек. Передние лапы она несет перед собой, хвост изогнут кверху, а задними лапами молотит поверхность воды как пулемет. Удержаться на воде  и бегать по ней ящерице помогают частые удары лапками. При этом в воде возникают ямки со стенками. Эти стенки, при быстро-повторяющихся ударах, за короткий промежуток времени между двумя соседними ударами ведут себя как твердые. Когда ящерица толкает воду ногой вниз и назад, то вода отвечает с такой же силой, толкая ее  вверх и вперед. Отталкиваясь, ящерица  бежит по воде как посуху.                

 2.5.Паук рыболов.       

   Наиболее искусный водоход - это пизаурид, паук рыболов. Он может погружать в воду лапки и хватать головастиков и маленьких рыбок и тут же пообедать. Может скользить по воде, так как это делает  водомерка. Может вставать в воде на задние лапки и бежать как ящерица василиск! Но самый эффективный способ передвижения паука - это передвижение под парусом. Когда дует ветер, паук машет передними лапками, улавливая дуновение ветра, или задирает все тело и позволяет ветру тащить его по воде, как парусную лодочку. Даже легкий толчок ветра может пронести его через весь пруд.

          Вывод:  Очень немногие существа способны на такое биомеханическое чудо: ходить по воде.

  3.Разберем третью гипотезу – может ли человек ходить по воде?

Он тоже мог бы ходить по воде при выполнении некоторых требований.

3.1. Например, бежать как ящерица василиск. Только при этом скорость движения такого человека как мой  папа, весом около 80 кг.  должна быть порядка 650 км/час, т.е. быстрее многих реактивных самолетов!

3.2. Человек может скользить по воде, как водомерка, если будет буксироваться по поверхности  воды с помощью катера. В этом случае достаточно скорости 60 км/час, как автомобиль. При этой скорости человек сможет двигаться, скользя на собственных ступнях, на одной или двух пятках. Но намного приятнее все, же катиться на водных лыжах или доске.      

3.3. Можно предложить  еще способ, который поможет человеку удержаться на воде. Это изменить свойства воды: увеличить ее плотность . (Опыт 7,8) При увеличении плотности воды шарики остаются на плаву. Например, в Мертвом море, как я уже говорила, вода очень соленая, то есть более плотная. Там человек  может легко лежать на поверхности воды, отдыхать или  даже почитать книгу. Плотность воды достаточная для удержания  веса человека. Для изменения плотности воды в нее можно добавить что-то другое, не соль. Например, крахмал. Сделать воду подобно кашице. Получим  так называемую неньютоновскую жидкость. (Опыт №13) Полученный раствор размешиваем до однородной массы и опускаем в него свой палец. Если это делать медленно, то палец будет уходить в жидкость. А если это сделать резко, то жидкость препятствует проникновению пальца внутрь. При этом плотность воды меняется настолько сильно, что по ее поверхности можно будет быстро-быстро сделать несколько шагов. Но, остановившись - опустимся  на дно.

3.4. Помните, в Библии описано, как Иисус стоял на берегу, а лодка с учениками «была уже на средине моря, и её било волнами», а потом вдруг «пошёл к ним Иисус, идя по морю. И ученики, увидев Его, идущего по морю, встревожились и говорили - «это призрак»; и от страха вскричали». («Новый Завет» от Матфея).      

Но как, за счёт чего Иисус ходил по воде, как  гласит библия?! На этот счёт есть разные предположения. Но интересно, что в лаборатории российского профессора Павла Госькова удалось получить небольшой столбик по-настоящему очищенной воды (обычно вода содержит массу всяких примесей, и в чистом виде в природе не встречается). Так вот. Диаметр этого лабораторного столбика чистой воды был всего лишь 2,5см, а вот сцепление молекул в ней оказалось настолько мощным, что для разрыва столбика потребовалось приложить силу в 900кг! По озеру или морю такой воды можно было бы не только ходить, а, как говорится, даже и кататься на коньках! Если при этом учесть, научно доказанный факт, что  вода может менять свою структуру  и очищается под воздействием, скажем, доброго   слова, хорошей музыки, молитвы и вообще проявлений высокой духовности, то кто  знает, что мог проделывать с водой Иисус! Может, под его воздействием вода очищалась, успокаивалась и становилась подобна той, полученной в лаборатории. По такой воде Иисус  мог  ходить. Но все это пока только предположения многих ученых. Следует так же отметить, что существуют мастера Кун-фу, Ушу и других восточных боевых  искусств, которые  могут управлять энергией своего тела и передавать ее на другие объекты, в том числе и на воду. Это энергия - цигун.        

Известно много приверженцев этой методики, которые  могут ходить по воде, даже не замочив, ноги.

Заключение.

Из проделанных  опытов и экспериментов можно сделать вывод:    

1.Корабли и другие суда могут ходить по воде.

2.Некоторые обитатели живой природы могут ходить по воде.

3.При выполнении некоторых  требований человек сможет ходить по  воде.

Это  во многом изменит наше отношение к бескрайним водным просторам. Особенно мне хочется разобраться и  более подробно остановиться на принципах движения по воде  живых объектов.  И крайне интересным  мне видится направление по исследованию свойств воды, секреты которой  еще во многом спрятаны для нас. Не зря же воду применяют при различных обрядах многие религии.  Нет ничего невозможного! Нужно только захотеть! И я буду к этому стремиться.

Список литературы

1. Большая иллюстрированная энциклопедия живой природы. Москва

«Махаон» 2007.

2. Книга о судах. Р. Допатка, А. Перепечко, Ленинград 1989.

3. Хочу все знать. Справочник для детей. Москва 2003.

4. Научно-популярный фильм «Живая вода».

5. Мультипликационный фильм «Коля, Оля и Архимед».

6. Детская энциклопедия. Я познаю мир. М.: АСТ 2009

9. Различные интернет-сайты.