«Исследование времени остывания чашки горячих напитков» Работу выполнила: Работу выполнила: ученица 10 класса ученица 10 класса Харитоненко Анна Александровна Харитоненко Анна АлександровнаРуководитель: Довбыш Наталья Александровна Довбыш Наталья Александровна учитель физики высшей категории учитель физики высшей категории МОУ Новоспасской СОШ

Актуальность Употребление человеком пищи является одним из важнейших источников пополнения внутренней энергии. Совершение любой работы сопровождается затратами энергии. Чем плодотворнее и эффективнее работа, тем выше уровень потребления человеком энергии. И наоборот, чем своевременнее и эффективнее пополнение затрат внутренней энергии, тем результативнее будет работа человека. Таким образом, от того насколько правильно организовано питание учащихся, во многом зависит эффективность их учебной деятельности. Ни для кого не секрет, что в школьных столовых горячие напитки часто остаются не востребованными, т.к. они либо подаются остывшими и не годны к употреблению, либо чересчур горячими, что делает невозможность их употребление. Такая ситуация навела меня на мысль, что можно точно рассчитать время разлива различных горячих напитков, т.к. приём пищи в школьной столовой осуществляется строго по расписанию. В этом я увидела актуальность своего исследования, а также его практическую направленность.

Цель работы: Определить время остывания чашки горячих напитков.

Задачи исследования: Изучить имеющеюся литературу по теме исследования. Определить плотность взятых для исследования напитков, их коэффициент поверхностного натяжения с помощью капилляров. Собрать и обработать данные, свести их в таблицы и провести анализ результатов. Сделать выводы о том, что в большей степени влияет на время остывания горячих напитков. Дать некоторые рекомендации рабочим столовой, дежурным учителям, директору, дежурному классу о том, в какой промежуток времени до наступления времени обеда необходимо разлить горячие напитки.

Методика исследования Предмет исследования: горячие напитки кофе чай какао кисель компот

Эксперименты: Определение плотности напитков. Определение плотности напитков. Определение коэффициента поверхностного натяжения напитка с помощью капилляра в зависимости от её температуры и плотности. Определение коэффициента поверхностного натяжения напитка с помощью капилляра в зависимости от её температуры и плотности.

Эксперимент 1. Определение плотности напитков. Оборудование: Сосуд с неизвестной жидкостью (напиток), сосуд с водой, тело из набора калориметрических тел, динамометр, нить. С помощью динамометра определяем вес тела в воздухе (P 1 ), в воде (P 2 ) и в неизвестной жидкости (P 3 ): С помощью динамометра определяем вес тела в воздухе (P 1 ), в воде (P 2 ) и в неизвестной жидкости (P 3 ): P 1 = H P 2 = Н Рз= Н P 1 = H P 2 = Н Рз= Н Записываем уравнение для архимедовой силы F A1 =ρgV, действующей в воде F A2 и неизвестной жидкости F A3. Записываем уравнение для архимедовой силы F A1 =ρgV, действующей в воде F A2 и неизвестной жидкости F A3. Архимедова сила, действующая на тело в воде, равна: F A2 =P 1 -P 2 = ρ 0 Vg, Архимедова сила, действующая на тело в воде, равна: F A2 =P 1 -P 2 = ρ 0 Vg, а в неизвестной жидкости: F A3 =P 1 -P 3 =ρVg. а в неизвестной жидкости: F A3 =P 1 -P 3 =ρVg. Плотность неизвестной жидкости легко рассчитать из системы уравнений: Плотность неизвестной жидкости легко рассчитать из системы уравнений: F A 2 =P 1 -P 2 = ρ 0 Vg V=(P 1 -P 2 )/ρ 0 g, F A 2 =P 1 -P 2 = ρ 0 Vg V=(P 1 -P 2 )/ρ 0 g, F A3 =P 1 -P 3 =ρVg ρ=(P 1 -P 3 )/Vg, F A3 =P 1 -P 3 =ρVg ρ=(P 1 -P 3 )/Vg, ρ=(P 1 -P 3 /P 1 -P 2 )ρ 0. ρ=(P 1 -P 3 /P 1 -P 2 )ρ 0.

пп Название напиткаВес тела в воздухе Р 1,, Н Вес тела в воде Р 2,, Н Вес тела в данной жидкости Р 3, Н Плотность ρ ж, кг/м 3 Кофе0,50,40, Чай0,50,40, Компот0,50,40, Какао0,50,40, Кисель0,50,40, Вывод: Опыты проводились при комнатной температуре ( С) Концентрация напитков в опытах не учитывалась. В каждом стакане выбранного для исследования напитка (200 мл) растворялось 3 ч.л. сахара (m сах = 16,5 г.) Исследуя данные таблицы, делаем вывод, что плотности исследуемых напитков различны, наибольшей плотностью обладает кисель и какао.

Эксперимент 2 Определение коэффициента поверхностного натяжения напитка Оборудование: капилляры (медицинские для забора крови), термометр, стакан с горячим напитком. Нальем в стакан напиток, нагретый до температуры 90 0 С, опустим в него термометр и капилляр. Измеряем высоту подъема напитка в капилляре. Нальем в стакан напиток, нагретый до температуры 90 0 С, опустим в него термометр и капилляр. Измеряем высоту подъема напитка в капилляре. Остужая напитки до30 0 С, измеряем высоту столба жидкости в капилляре при нескольких промежуточных температурах. Остужая напитки до30 0 С, измеряем высоту столба жидкости в капилляре при нескольких промежуточных температурах. С использованием табличных данных по плотности напитков (полученных в предыдущем эксперименте) при определенных температурах измерения рассчитываем коэффициент поверхностного натяжения σ исследуемых напитков: σ =hρgr/2 С использованием табличных данных по плотности напитков (полученных в предыдущем эксперименте) при определенных температурах измерения рассчитываем коэффициент поверхностного натяжения σ исследуемых напитков: σ =hρgr/2

D, м t0Сt0Сt0Сt0С ρ ж, кг/м 3 h,10 -2 м σ, Н/м Название напитка ,163,7875Кофе ,28,366, ,58,669, ,58,770, ,6972, ,19,274, ,441,715Чай ,542, ,15,845, ,6647, ,96,249, ,451,024

D, м t0Сt0Сt0Сt0С ρ ж, кг/м 3 h,10 -2 м σ, Н/м Название напитка ,651,48Компот ,26,752, ,6755, ,256, ,17,660, ,37,861, ,970,755Какао ,59,173, ,19,375, ,49,678, ,880, ,61082,095

D, м t0Сt0Сt0Сt0С ρ ж, кг/м 3 h,10 -2 м σ, Н/м Название напитка ,175,075Компот ,19,579, ,49,881, ,81083, ,610,386, ,210,588,21575 Вывод: Измерения показывают, что поверхностное натяжение жидкостей зависит только от природы жидкости и от её температуры. По полученным данным построила графики зависимости h(t 0 ), σ(ρ).

Исследуя полученные графики, отмечаю, что высота подъема напитка в капилляре, его плотность и коэффициент поверхностного натяжения линейно зависят от температуры.

Из диаграммы зависимости коэффициента поверхностного натяжения от плотности напитка σ(ρ), видно, что коэффициент поверхностного натяжения напитка σ линейно зависит от его плотности.

Эксперимент 3 Исследование зависимости времени остывания напитка от его плотности и поверхностного натяжения Оборудование: Оборудование: секундомер, термометр, сосуды из различного рода материала: фарфор, стекло (тонкое и толстое), металлическая кружка. Определить время остывания напитка. Провести эксперимент, фиксируя температуру остывания напитка через каждую минуту. Данные занести в таблицу. Построить модель остывания, используя электронные таблицы. По полученным данным построить графики зависимости времени остывания от температуры t(t 0 C) сделать выводы.

Напиток Материал сосуда ρ ж, кг/м 3 σ, σ, Н/м Металлическая кружка Тонкое стекло Толстое стекло t, мин t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C Кисель083083, ,1 181,7181,8181,9 280,4280,6280,8 379,1379,4379,7 477,8478,2478,6 576, ,5 675,2675,8676,4 773,9774,6775,3 872,6873,4874,2 971,3972,2973, ,71169,81170,9 1267,41268,61269,8 1366,11367,41368,7 1464,81466,21467,6 1563, ,5

Напиток Материал сосуда ρ ж, кг/м 3 σ, σ, Н/м Металлическая кружка Тонкое стекло Толстое стекло t, мин t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C Какао ,7 181,5181,7181, ,4280,6 378,5379,1379, ,8478,2 575,5576, ,2675,8 772,5773,9774, ,6873,4 969,5971,3972, ,51168,71169, ,41268,6 1363,51366,11367, ,81466,2 1560,51563,51565

Напиток Материал сосуда ρ ж, кг/м 3 σ, σ, Н/м Металлическая кружка Тонкое стекло Толстое стекло t, мин t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C Кофе083083, ,6181,4181,6 277,9279,8280,2 376,2378,2378,8 474,5476,6477,4 572, ,1673,4674,6 769,4771,8773,2 867,7870,2871, ,6970,4 1064, ,61165,41167,6 1260,91263,81266,2 1359,21362,21364,8 1459,21460,61463,4 1557,

Напиток Материал сосуда ρ ж, кг/м 3 σ, σ, Н/м Металлическая кружка Тонкое стекло Толстое стекло t, мин t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C Компот ,5 181,7181,2181,3 279,2279,4279,6 377,3377,6377,9 475,4475,8476,2 573, ,5 671,6672,2672,8 769,7770,4771,1 867,8868,6869,4 965,9966,8967, ,11163,21164,3 1260,21261,41262,6 1358,31359,61360,9 1456,41457,81459,2 1554, ,5

Напиток Материал сосуда ρ ж, кг/м 3 σ, σ, Н/м Металлическая кружка Тонкое стекло Толстое стекло t, мин t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C t0Ct0Ct0Ct0C Чай ,7 180, ,1 278, ,2 376, ,3 474, ,4 572, ,5 670, ,6 768, ,7 866, ,8 964, , , ,1 1257, ,2 1355, ,3 1453, ,4 1551, ,5

Вывод: Из таблиц видно, что время остывания напитка линейно зависит от его плотности и коэффициента поверхностного натяжения. Вывод: Из таблиц видно, что время остывания напитка линейно зависит от его плотности и коэффициента поверхностного натяжения.

Графики зависимости времени остывания напитка от температуры t(t 0 C).

Выводы Время остывания напитка линейно зависит от плотности напитка и от его коэффициента поверхностного натяжения. Время остывания напитка линейно зависит от плотности напитка и от его коэффициента поверхностного натяжения. Время остывания напитка зависит от рода материала сосуда, в котором подают напитки. Время остывания напитка зависит от рода материала сосуда, в котором подают напитки. Но так как в нашей школьной столовой горячие напитки подают в толстостенных стеклянных стаканах, то исходя из данных исследования, делаем вывод, что самое оптимальное время разлива напитков за минут до звонка. Но так как в нашей школьной столовой горячие напитки подают в толстостенных стеклянных стаканах, то исходя из данных исследования, делаем вывод, что самое оптимальное время разлива напитков за минут до звонка.

Рекомендации: С данной работой можно выступить перед рабочим персоналом школьной столовой, которые непосредственно связаны с питанием учащихся школы. С данной работой можно выступить перед рабочим персоналом школьной столовой, которые непосредственно связаны с питанием учащихся школы. Результаты работы можно учитывать при подаче горячих напитков учащимся во время обеда. Результаты работы можно учитывать при подаче горячих напитков учащимся во время обеда. Результаты работы можно использовать на уроках физики для активизации познавательной деятельности учащихся. Результаты работы можно использовать на уроках физики для активизации познавательной деятельности учащихся.