Кировский турнир юных физиков, 2010 Команда МОУ СОШ 49 «Сухари» - презентация

1 Кировский турнир юных физиков, 2010 Команда МОУ СОШ 49 «Сухари»

2 Условие задачи Исследуйте процесс высыхания вертикально висящего мокрого листа бумаги. Как будет двигаться граница раздела мокрой и сухой бумаги?

3 План работы Цели и гипотезы Экспериментальная установка Теория Исследование экспериментальных данных Результаты и выводы

4 Цели исследования Исследовать различные виды бумаги Установить параметры протекания процесса: характеристики листа бумаги (расположение и размер капилляров, толщина и площадь листа), поверхностное натяжение используемой жидкости, температура и влажность воздуха, наличие движения воздушных масс.

5 Гипотезы Время высыхания зависит от сорта бумаги. При высыхании концентрация воды с увеличением высоты убывает. Высыхание происходит из-за испарения.

6 Экспериментальная установка Вертикально закреплённые на штативах листы бумаги погружались равными площадями на равные промежутки времени в воду

7 Цветная (писчая) бумага Граница раздела Смоченная

8 Упаковочная бумага Смоченная Граница раздела сухой и смоченной частей видна плохо и имеет форму незамкнутой кривой вблизи угла листа

9 Картонный лист Смоченный Граница раздела похожа на ту, что у упаковочной бумаги

10 Стикер Смоченный Граница раздела видна плохо и имеет форму кривой, проходящей от одного края листа к другому

11 Граница раздела Четко движение границы раздела между сухой и смоченной частями листа хорошо видно только на упаковочной бумаге, поэтому мы подробнее будем исследовать ее.

12 Капилляры в бумаге Бумага состоит из беспорядочно расположенных волокон целлюлозы, которые и образуют стенки капилляров.

13 Сравнение капилляров Стикер Упаковочная бумага

14 Объяснение Несмотря на то, что в стикере капилляры уже, высота поднятия жидкости в них меньше, из-за того, что плотность жидкости велика для проникновения в капилляр. При подходящей же плотности за небольшой промежуток времени высота поднятия жидкости в капилляре тем больше, чем капилляр уже. Поднятие жидкости в капилляре обусловлено превосходством силы поверхностного натяжения над силой тяжести: F т < F σ.

15 О картоне Картон, хотя и имеет наиболее шероховатую поверхность, сохнет дольше из-за большей толщины листа. Также после высыхания в картоне происходит изменение пространства между волокнами, поэтому граница погружения картона в воду остается видимой и после высыхания и не является границей раздела между сухой и смоченной частями.

16 Данные о высыхании Тип бумагиВремя высыхания, мин Масса бумаги, г СухаяСмоченная Цветная бумага29,50,91,2 Упаковочная бумага 24,50,451,11 Картон8823,534,5 Стикер271,21,55 Температура воздуха – 24°C. Относительная влажность – 55%. Движением воздушных масс вблизи поверхностей листов можно пренебречь (процесс проходил в кабинете с закрытыми окнами).

17 Экспериментальная зависимость массы жидкости от высоты

18 Выводы Концентрация воды с увеличением высоты убывает, так как по поверхности листа часть воды стекает в низ под действием силы тяжести. Высыхание происходит из-за испарения, так как из-за капиллярного стекания оно происходить не может, потому что равнодействующая сил (F т и F σ ) направлена вверх. Испарение в свою очередь происходит лучше с шероховатых поверхностей.