Введение
Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.
(Кант Эммануил. Немецкий философ г. г)
Физические опыты в занимательной форме знакомят учащихся с разнообразными применениями законов физики. Опыты можно использовать на уроках для привлечения внимания учащихся к изучаемому явлению, при повторении и закреплении учебного материала, на физических вечерах. Занимательные опыты углубляют и расширяют знания учащихся, способствуют развитию логического мышления, прививают интерес к предмету.
Роль эксперимента в науке физике
О том, что физика наука молодая
Сказать определённо, здесь нельзя
И в древности науку познавая,
Стремились постигать её всегда.
Цель обучения физики конкретна,
Уметь на практике все знания применять.
И важно помнить – роль эксперимента
Должна на первом месте устоять.
Уметь планировать эксперимент и выполнять.
Анализировать и к жизни приобщать.
Строить модель, гипотезу выдвинуть,
Новых вершин стремиться достигнуть
Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.
Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.
Занимательные опыты по физике
Описание опытов проводилось с использованием следующего алгоритма:
Название опыта Необходимые для опыта приборы и материалы Этапы проведения опыта Объяснение опыта
Опыт № 1 Четыре этажа
Приборы и материалы: бокал, бумага, ножницы, вода, соль, красное вино, подсолнечное масло, крашенный спирт.
Этапы проведения опыта
Попробуем налить в стакан четыре разных жидкости так, чтобы они не смешались и стояли одна над другой в пять этажей. Впрочем, нам удобнее будет взять не стакан, а узкий, расширяющийся к верху бокал.
Налить на дно бокала солёной подкрашенной воды. Свернуть из бумаги “Фунтик” и загнуть его конец под прямым углом; кончик его отрезать. Отверстие в “Фунтике” должно быть величиной с булавочную головку. Налить в этот рожок красного вина; тонкая струйка должна вытекать из него горизонтально, разбиваться о стенки бокала и по нему стекать на солёную воду.
Когда слой красного вина по высоте сравняется с высотой слоя подкрашенной воды, прекратить лить вино. Из второго рожка налей таким же образом в бокал подсолнечного масла. Из третьего рожка налить слой крашенного спирта.
https://pandia.ru/text/78/416/images/image002_161.gif" width="86 height=41" height="41">, самая маленькая у подкрашенного спирта .
Опыт № 2 Удивительный подсвечник
Приборы и материалы : свеча, гвоздь, стакан, спички, вода.
Этапы проведения опыта
Не правда ли, удивительный подсвечник – стакан воды? А этот подсвечник совсем не плох.
https://pandia.ru/text/78/416/images/image005_65.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 3
Объяснение опыта
Свеча гаснет потому, что бутылка воздухом “Обтекается”: струя воздуха разбивается бутылкой на два потока; один обтекает её справа, а другой – слева; а встречаются они примерно там, где стоит пламя свечи.
Опыт № 4 Вертящаяся змейка
Приборы и материалы : плотная бумага, свеча, ножницы.
Этапы проведения опыта
Из плотной бумаги вырезать спираль, растянуть её немного и посадить на конец изогнутой проволоки. Держать эту спираль над свечкой в восходящем потоке воздуха, змейка будет вращаться.
Объяснение опыта
Змейка вращается, т. к. происходит расширение воздуха под действием тепла и о превращении теплой энергии в движение.
https://pandia.ru/text/78/416/images/image007_56.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 5
Объяснение опыта
Вода имеет большую плотность, чем спирт; она постепенно будет входить в пузырёк, вытесняя оттуда тушь. Красная, синяя или черная жидкость тоненькой струйкой будет подниматься из пузырька кверху.
Опыт № 6 Пятнадцать спичек на одной
Приборы и материалы : 15 спичек.
Этапы проведения опыта
Положить одну спичку на стол, а на неё поперёк 14 спичек так, чтобы головки их торчали кверху, а концы касались стола. Как поднять первую спичку, держа её за один конец, и вместе с нею все остальные спички?
Объяснение опыта
Для этого нужно только поверх всех спичек, в ложбинку между ними, положить ещё одну, пятнадцатую спичку
https://pandia.ru/text/78/416/images/image009_55.jpg" width="300" height="283 src=">
Рисунок 7
https://pandia.ru/text/78/416/images/image011_48.jpg" width="300" height="267 src=">
Рисунок 9
Опыт № 8 Парафиновый мотор
Приборы и материалы: свеча, спица, 2 стакана, 2 тарелки, спички.
Этапы проведения опыта
Чтобы сделать это мотор, нам не нужно ни электричества, ни бензина. Нам нужно для этого только… свеча.
Раскалить спицу и воткнуть её их головками в свечку. Это будет ось нашего двигателя. Положить свечу спицей на края двух стаканов и уравновесить. Зажечь свечу с обоих концов.
Объяснение опыта
Капля парафина упадёт в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечёт несколько капель парафина, и он станет легче первого конца; он поднимается к верху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и наш мотор начнёт работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться всё больше и больше.
DIV_ADBLOCK307">
Приборы и материалы: тонкая рюмка, вода.
Этапы проведения опыта
Наполнить рюмку водой и вытереть края рюмки. Смоченным пальцем потереть в любом месте рюмки, она запоёт.
Диффузия" href="/text/category/diffuziya/" rel="bookmark">диффузию в жидкостях, газах и твёрдых телах
Демонстрационный эксперимент «Наблюдение диффузии»
Приборы и материалы: вата, нашатырный спирт, фенолфталеин, установка для наблюдения диффузии.
Этапы проведения эксперимента
Возьмём два кусочка ватки. Смочим один кусочек ватки фенолфталеином, другой – нашатырным спиртом. Приведём ветки в соприкосновение. Наблюдается окрашивание ваток в розовый цвет вследствие явления диффузии.
https://pandia.ru/text/78/416/images/image015_37.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 13
https://pandia.ru/text/78/416/images/image017_35.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 15
Докажем что явление диффузии зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия.
https://pandia.ru/text/78/416/images/image019_31.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 17
https://pandia.ru/text/78/416/images/image021_29.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 19
https://pandia.ru/text/78/416/images/image023_24.jpg" width="300" height="225 src=">
Рисунок 21
3.Шар Паскаля
Шар Паскаля – это прибор предназначен для демонстрации равномерной передачи давления, производимого на жидкость или газ в закрытом сосуде, а также подъёма жидкости за поршнем под влиянием атмосферного давления.
Для демонстрации равномерной передачи давления, производимого на жидкости в закрытом сосуде, необходимо, используя поршень, набрать в сосуд воды и плотно насадить на патрубок шар. Вдвигая поршень в сосуд, продемонстрировать истечение жидкости из отверстий в шаре, обратив внимание на равномерное истечение жидкости по всем направлениям.
Министерство образования и науки Челябинской области
Пластовский технологический филиал
ГБПОУ СПО «Копейский политехнический колледж им. С.В Хохрякова»
МАСТЕР - КЛАСС
«ОПЫТЫ И ЭКСПЕРЕМЕНТЫ
ДЛЯ ДЕТЕЙ»
Учебно - исследовательская работа
«Занимательные физические опыты
из подручных материалов»
Руководитель: Ю.В. Тимофеева, преподаватель физики
Исполнители: студенты группы ОПИ - 15
Аннотация
Физические опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.
К сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание
С помощью опытов, наблюдений и измерений могут быть исследованы зависимости между различными физическими величинами.
Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.
ОГЛАВЛЕНИЕ
| Введение | ||
| Основное содержание | ||
| Организация исследовательской работы | ||
| Методика проведения различных опытов | ||
| Результаты исследования | ||
| Заключение | ||
| Список использованной литературы | ||
| Приложения |
ВВЕДЕНИЕ
Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.
(Кант Эммануил - немецкий философ 1724-1804г.г)
Физика - это не только научные книги и сложные законы, не только огромные лаборатории. Физика - это еще интересные эксперименты и занимательные опыты. Физика - это фокусы, показанные в кругу друзей, это смешные истории и забавные игрушки-самоделки.
Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал.
Физические опыты можно делать с шарами, стаканами, шприцами, карандашами, соломинками, монетами, иголками и т.д.
Опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.
При проведении опытов приходится не только составлять план его осуществления, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки и даже конструировать нужные приборы для воспроизведения того или иного явления.
Но, к сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание, большое внимание уделяется теории и решению задач.
Поэтому было решено провести исследовательскую работу по теме «Занимательные опыты по физике из подручных материалов».
Цели исследовательской работы следующие:
Освоить методики физических исследований, овладеть навыками правильного наблюдения и техникой физического эксперимента.
Организация самостоятельной работы с различной литературой и другими источниками информации, сбор, анализ и обобщение материала по теме исследовательской работы.
Научить обучающихся, применять научные знания для объяснения физических явлений.
Привить любовь обучающимся к физике, усилить концентрацию их внимания на понимании законов природы, а не на механическом их запоминании.
При выборе темы исследования мы исходили из следующих принципов:
Субъективность - выбранная тема соответствует нашим интересам.
Объективность - выбранная нами тема актуальна и важна в научном и практическом отношении.
Посильность - задачи и цели, поставленные нами в работе, реальны и выполнимы.
1. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ.
Исследовательская работа проводилась по следующей схеме:
Постановка проблемы.
Изучение информации из разных источников по данной проблеме.
Выбор методов исследования и практическое овладение ими.
Сбор собственного материала - комплектование подручных материалов, проведение опытов.
Анализ и обобщение.
Формулировка выводов.
В ходе исследовательской работы применялись следующие физические методики исследований:
1. Физический опыт
Проведение опыта состояло из следующих этапов:
Уяснение условий опыта.
Этот этап предусматривает знакомство с условиями проведения эксперимента, определение перечня необходимых подручных приборов и материалов и безопасных условий при проведении опыта.
Составление последовательности действий.
На этом этапе намечался порядок проведения опыта, в случае необходимости добавлялись новые материалы.
Проведение опыта.
2. Наблюдение
При наблюдении за явлениями, происходящими в опыте, мы обращали особое внимание на изменение физических характеристик, при этом мы получали возможность обнаруживать закономерные связи между различными физическими величинами.
3. Моделирование.
Моделирование является основой любого физического исследования. При проведении опытов мы моделировали различные ситуативные эксперименты .
Всего нами смоделировано, проведено и научно объяснено несколько занимательных физических опытов.
2.Организация исследовательской работы:
2.1 Методика проведения различных опытов:
Опыт № 1 Свеча за бутылкой
Приборы и материалы : свеча, бутылка, спички
Этапы проведения опыта
Поставить зажженную свечу позади бутылки, а самому стань так, чтобы лицо отстояло от бутылки на 20-30 см.
Стоит теперь дунуть, и свеча погаснет, будто между тобой и свечёй нет никакой преграды.
Опыт № 2 Вертящаяся змейка
Приборы и материалы: плотная бумага, свеча, ножницы.
Этапы проведения опыта
Из плотной бумаги вырезать спираль, растянуть её немного и посадить на конец изогнутой проволоки.
Держать эту спираль над свечкой в восходящем потоке воздуха, змейка будет вращаться.
Приборы и материалы : 15 спичек.
Этапы проведения опыта
Положить одну спичку на стол, а на неё поперёк 14 спичек так, чтобы головки их торчали кверху, а концы касались стола.
Как поднять первую спичку, держа её за один конец, и вместе с нею все остальные спички?
Опыт № 4 Парафиновый мотор
Приборы и материалы: свеча, спица, 2 стакана, 2 тарелки, спички.
Этапы проведения опыта
Чтобы сделать это мотор, нам не нужно ни электричества, ни бензина. Нам нужно для этого только… свеча.
Раскалить спицу и воткнуть её их головками в свечку. Это будет ось нашего двигателя.
Положить свечу спицей на края двух стаканов и уравновесить.
Зажечь свечу с обоих концов.
Опыт №5 Толстый воздух
Мы живём благодаря воздуху, которым мы дышим. Если тебе не кажется это достаточно волшебным, проделай этот эксперимент, чтобы узнать, на какую ещё магию способен воздух.
Реквизит
Защитные очки
Сосновая дощечка 0,3х2,5х60 см (можно приобрести в любом магазине пиломатериалов)
Газетный лист
Линейка
Подготовка
Начинаем научное волшебство!
Надень защитные очки. Объяви зрителям: «В мире есть два вида воздуха. Один из них - тощий, а другой - жирный. Сейчас я с помощью жирного воздуха совершу волшебство».
Положи на стол дощечку так, чтобы примерно 6 дюймов (15 см) выступало на край стола.
Произнеси: «Толстый воздух садись на дощечку». Ударь по концу дощечки, который выступает за край стола. Дощечка подпрыгнет в воздух.
Скажи зрителям, что на дощечку сел, должно быть, тощий воздух. Опять положи дощечку на стол как в пункте 2.
Положи на дощечку газетный лист, как показано на рисунке, чтобы дощечка была посередине листа. Разгладь газету, чтобы между ней и столом не осталось воздуха.
Снова скажи: «Толстый воздух, садись на дощечку».
Ударь по выступающему концу ребром ладони.
Опыт №6 Непромокаемая бумага
Реквизит
Бумажное полотенце
Стакан
Пластиковая миска или ведёрко, в которое можно налить достаточное количество воды, чтобы она полностью покрыла стакан
Подготовка
Разложи всё необходимое на столе
Начинаем научное волшебство!
Объяви зрителям: "C помощью своего магического мастерства я смогу сделать так, чтобы кусочек бумаги остался сухим».
Сомни бумажное полотенце и положи его на дно стакана.
Переверни стакан и убедись, что комок бумаги остаётся на месте.
Произнеси над стаканом какие-нибудь волшебные слова, например: «магические силы, оградите бумагу от воды». Потом медленно опусти перевёрнутый стакан в миску с водой. Старайся держать стакан как можно ровнее, пока он не скроется под водой полностью.
Вытащи стакан из воды и стряхни с него воду. Переверни стакан дном книзу и достань бумагу. Дай зрителям пощупать её и убедиться, что она осталась сухой.
Опыт №7 Летающий мячик
Видел ли ты, как на выступлении фокусника человек поднимается в воздух? Попробуй провести подобный эксперимент.
Обрати внимание: Для этого эксперимента понадобиться фен и помощь взрослых.
Реквизит
Фен (пользоваться должен только взрослый помощник)
2 толстые книги или другие тяжёлые предметы
Мячик для пинг-понга
Линейка
Взрослый ассистент
Подготовка
Установи фен на столе вверх отверстием, откуда дует горячий воздух.
Чтобы установить его в таком положении, используй книги. Проверь, чтобы они не закрывали отверстие сбоку, где воздух засасывается в фен.
Включи фен в розетку.
Начинаем научное волшебство!
Попроси кого-нибудь из взрослых зрителей стать твоим ассистентом.
Объяви зрителям: «Сейчас я заставлю обыкновенный пинг-понговый шарик летать по воздуху».
Возьми шарик в руку и отпусти, чтобы он упал на стол. Скажи зрителям: «Ой! Я забыл сказать волшебные слова!»
Произнеси над мячиком волшебные слова. Пусть твой ассистент включит фен на полную мощность.
Аккуратно помести шарик над феном в струю воздуха, примерно в 45 см от выдувающего отверстия.
Советы учёному волшебнику
В зависимости от силы выдува, тебе, возможно, придётся поместить шарик немного выше или ниже, чем указано.
Что ещё можно сделать
Попробуй проделать тоже самое с мячиком разного размера и массы. Одинаково ли хорошо будет получаться опыт?
2. 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
1) Опыт № 1 Свеча за бутылкой
Объяснение:
Свеча будет понемножку всплывать, причём охлаждённый водой парафин у края свечи будет таять медленней, чем парафин, окружающий фитиль. Поэтому вокруг фитиля образуется довольно глубокая воронка. Эта пустота, в свою очередь, облегчает свечу, потому-то наша свеча и догорит до конца .
2) Опыт № 2 Вертящаяся змейка
Объяснение:
Змейка вращается, т.к. происходит расширение воздуха под действием тепла и о превращении теплой энергии в движение.
3) Опыт №3 Пятнадцать спичек на одной
Объяснение:
Для того, чтобы поднять все спички, нужно только поверх всех спичек, в ложбинку между ними, положить ещё одну, пятнадцатую спичку.
4) Опыт № 4 Парафиновый мотор
Объяснение:
Капля парафина упадёт в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечёт несколько капель парафина, и он станет легче первого конца; он поднимается к верху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и наш мотор начнёт работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться всё больше и больше.
5) Опыт №5 Толстый воздух
Когда ты ударяешь по дощечке в первый раз, она подпрыгивает. Но если ударить по дощечке, на которой лежит газета, дощечка ломается.
Объяснение:
Когда ты разглаживаешь газету, ты удаляешь из-под неё почти весь воздух. Вместе с тем большое количество воздуха сверху газеты давит на неё с большой силой. Когда ты ударяешь по дощечке, она ломается, потому что давление воздуха на газету не даёт дощечке подняться вверх в ответ на приложенную тобой силу.
6) Опыт №6 Непромокаемая бумага
Объяснение:
Воздух занимает определённый объём. В стакане есть воздух, в каком бы положении он не находился. Когда ты переворачиваешь стакан кверху дном и медленно опускаешь в воду, воздух остаётся в стакане. Вода из-за воздуха не может попасть в стакан. Давление воздуха оказывается больше, чем давление воды, стремящейся проникнуть внутрь стакана. Полотенце на дне стакана остаётся сухим. Если стакан под водой перевернуть набок, воздух в виде пузырьков будет выходить из него. Тогда сможет попасть в стакан.
8) Опыт №7 Летающий мячик
Объяснение:
На самом деле этот трюк не противоречит силе тяжести. В нём демонстрируется важная способность воздуха, называемая принципом Бернулли. Принцип Бернулли - закон природы, согласно которому любое давление любого текучего вещества, в том числе воздуха, уменьшается с ростом скорости его движения. Иначе говоря при низкой скорости потока воздуха он имеет высокое давление.
Воздух, выходящий из фена, движется очень быстро, и следовательно его давление невелико. Мячик со всех сторон окружён областью низкого давления, которая образует конус у отверстия фена. Воздух вокруг этого конуса обладает более высоким давлением, и не даёт мячику выпасть из зоны низкого давления. Сила тяжести тянет его вниз, а сила воздуха тянет его вверх. Благодаря совместному действию этих сил, шарик и зависает в воздухе над феном.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализируя результаты занимательных опытов, мы убедились, что знания полученные на занятиях по физике вполне применимы для решения практических вопросов.
С помощью опытов, наблюдений и измерений были исследованы зависимости между различными физическими величинами.
Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого мы использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.
Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.
Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики и других технических дисциплин предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.
В соответствии с поставленной задачей все опыты проведены с использованием только дешевых, малогабаритных подручных материалов.
По итогам учебно - исследовательской работы можно сделать следующие выводы:
В различных источниках информации можно найти и самим придумать много занимательных физических опытов, выполняемых с помощью подручного оборудования.
Занимательные опыты и самодельные физические приборы увеличивают спектр демонстраций физических явлений.
Занимательные опыты позволяют проверить законы физики и теоретические гипотезы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
М. Ди Специо «Занимательные опыты», ООО «Астрель», 2004г.
Ф.В. Рабиза «Забавная физика», Москва, 2000г.
Л. Гальперштейн «Здравствуй, физика», Москва, 1967г.
А. Томилин «Хочу все знать», Москва, 1981г.
М.И. Блудов «Беседы по физике», Москва, 1974г.
Я.И. Перельман «Занимательные задачи и опыты», Москва, 1972г.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Диск:
1. Презентация «Занимательные физические опыты из подручных материалов»
2. Видеоролик «Занимательные физические опыты из подручных материалов»
Десятки и сотни тысяч физических экспериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько "самых-самых", чтобы рассказать о них. Каков должен быть критерий отбора?
Четыре года назад в газете "The New York Times" была опубликована статья Роберта Криза и Стони Бука. В ней рассказывалось о результатах опроса, проведенного среди физиков. Каждый опрошенный должен был назвать десять самых красивых за всю историю физических экспериментов. На наш взгляд, критерий красоты ничем не уступает другим критериям. Поэтому мы расскажем об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука.
1. Эксперимент Эратосфена Киренского
Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским.
Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет примерно 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров.
Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами.
2. Эксперимент Галилео Галилея
В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это.
Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту. Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения.
Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова. Результаты, полученные Галилеем. - следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.
3. Другой эксперимент Галилео Галилея
Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится.
Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.
4. Эксперимент Генри Кавендиша
После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=G(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной G. Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала.
Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо. Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы - коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы.
Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.
5. Эксперимент Жана Бернара Фуко
Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.
6. Эксперимент Исаака Ньютона
В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой - экран.
На экране Ньютон наблюдал "радугу": белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей - от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света. Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.
Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, "примешиваемой" к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный - при наименьшем. Ньютон же проделал допол¬нительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что "никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета". Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного. Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.
7. Эксперимент Томаса Юнга
До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц - корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон ("кольца Ньютона"), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной. Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.
8. Эксперимент Клауса Йонссона
Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.
9. Эксперимент Роберта Милликена
Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин "электрон", обозначавший некую частицу - носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально.
В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи - это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны. Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента.
Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10-10 электростатических единиц.
10. Эксперимент Эрнста Резерфорда
К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта "положительно-отрицательная" система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало.
Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 10-8см с плавающими внутри отрицательными электронами. В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в "рыхлом" атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома - массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см.
Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту
красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook
и ВКонтакте
Есть очень простые опыты, которые дети запоминают на всю жизнь. Ребята могут не понять до конца, почему это все происходит, но, когда пройдет время и они окажутся на уроке по физике или химии, в памяти обязательно всплывет вполне наглядный пример.
сайт собрал 7 интересных экспериментов, которые запомнятся детям. Все, что нужно для этих опытов, - у вас под рукой.
Огнеупорный шарик
Понадобится : 2 шарика, свечка, спички, вода.
Опыт : Надуйте шарик и подержите его над зажженной свечкой, чтобы продемонстрировать детям, что от огня шарик лопнет. Затем во второй шарик налейте простой воды из-под крана, завяжите и снова поднесите к свечке. Окажется, что с водой шарик спокойно выдерживает пламя свечи.
Объяснение : Вода, находящаяся в шарике, поглощает тепло, выделяемое свечой. Поэтому сам шарик гореть не будет и, следовательно, не лопнет.
Карандаши
Понадобится: полиэтиленовый пакет, простые карандаши, вода.
Опыт: Наливаем воду в полиэтиленовый пакет наполовину. Карандашом протыкаем пакет насквозь в том месте, где он заполнен водой.
Объяснение: Если полиэтиленовый пакет проткнуть и потом залить в него воду, она будет выливаться через отверстия. Но если пакет сначала наполнить водой наполовину и затем проткнуть его острым предметом так, что бы предмет остался воткнутым в пакет, то вода вытекать через эти отверстия почти не будет. Это связано с тем, что при разрыве полиэтилена его молекулы притягиваются ближе друг к другу. В нашем случае, полиэтилен затягивается вокруг карандашей.
Нелопающийся шарик
Понадобится: воздушный шар, деревянная шпажка и немного жидкости для мытья посуды.
Опыт: Смажьте верхушку и нижнюю часть средством и проткните шар, начиная снизу.
Объяснение: Секрет этого трюка прост. Для того, чтобы сохранить шарик, нужно проткнуть его в точках наименьшего натяжения, а они расположены в нижней и в верхней части шарика.
Цветная капуста
Понадобится : 4 стакана с водой, пищевые красители, листья капусты или белые цветы.
Опыт : Добавьте в каждый стакан пищевой краситель любого цвета и поставьте в воду по одному листу или цветку. Оставьте их на ночь. Утром вы увидите, что они окрасились в разные цвета.
Объяснение : Растения всасывают воду и за счет этого питают свои цветы и листья. Получается это благодаря капиллярному эффекту, при котором вода сама стремится заполнить тоненькие трубочки внутри растений. Так питаются и цветы, и трава, и большие деревья. Всасывая подкрашенную воду, они меняют свой цвет.
Плавающее яйцо
Понадобится : 2 яйца, 2 стакана с водой, соль.
Опыт : Аккуратно поместите яйцо в стакан с простой чистой водой. Как и ожидалось, оно опустится на дно (если нет, возможно, яйцо протухло и не стоит возвращать его в холодильник). Во второй стакан налейте теплой воды и размешайте в ней 4-5 столовых ложек соли. Для чистоты эксперимента можно подождать, пока вода остынет. Потом опустите в воду второе яйцо. Оно будет плавать у поверхности.
Объяснение : Тут все дело в плотности. Средняя плотность яйца гораздо больше, чем у простой воды, поэтому яйцо опускается вниз. А плотность соляного раствора выше, и поэтому яйцо поднимается вверх.
Кристаллические леденцы
Понадобится : 2 стакана воды, 5 стаканов сахара, деревянные палочки для мини-шашлычков, плотная бумага, прозрачные стаканы, кастрюля, пищевые красители.
Опыт : В четверти стакана воды сварите сахарный сироп с парой столовых ложек сахара. Высыпьте немного сахара на бумагу. Затем нужно обмакнуть палочку в сироп и собрать ею сахаринки. Далее распределите их равномерно на палочке.
Оставьте палочки на ночь сушиться. Утром в 2 стаканах воды на огне растворите 5 стаканов сахара. Минут на 15 можно оставить сироп остывать, но сильно остыть он не должен, иначе кристаллы не будут расти. Потом разлейте его по банкам и добавьте разные пищевые красители. Заготовленные палочки опустите в банку с сиропом так, чтобы они не касались стенок и дна банки, в этом поможет бельевая прищепка.
Объяснение : С остыванием воды растворимость сахара понижается, и он начинает выпадать в осадок и оседать на стенках сосуда и на вашей палочке с затравкой из сахарных крупинок.
Зажженная спичка
Понадобятся : Спички, фонарик.
Опыт : Зажгите спичку и держите на расстоянии 10-15 сантиметров от стены. Посветите на спичку фонариком, и увидите, что на стене отражается только ваша рука и сама спичка. Казалось бы, очевидно, но я никогда об этом не задумывался.
Объяснение : Огонь не отбрасывает тени, так как не препятствует прохождению света сквозь себя.