Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 53» г. Брянска
Международная научно-практическая конференция
«Первые шаги в науку»
Предметная область: физика
ТЕМА:
«Моделирование свойств трясины»
Выполнила: ученица 8б класса
Заболева Екатерина Валерьевна
Руководитель: учитель физики
Зернина Аиса Александровна
Брянск 2013 год
Содержание
Введение…………………………………………………………………….……..2
I. Трясина
1. Определение…………………………………………………………………….3
2. Пути возникновения и значение болот……………………………………….4
II. Свойства трясины
1. Плавание тел в бингановских жидкостях……………………………….……5
2. Состояние перепогружения и его причины………………………………..…6
III. Описание процесса исследования
1. Исследовательская работа №1………………………………………………...7
2. Исследовательская работа №2………………………………………………...8
IV. Практический выход исследования…………………………………………9
Заключение………………………………………………………………………..9
Список литературы………………………………………………………………10
Приложения……………………………………………………………………...11
Введение.
В нашей местности довольно часто можно встретить заболоченные территории. Ведь раньше на месте современного Нового городка находилось болото. И поэтому меня всегда интересовало, как себя вести при попадании в трясину. Почему она засасывает всё живое, но никогда не трогает мёртвое? Как объяснить её поведение. С этими и многими другими вопросами я обратилась к учителю физики. На что она предложила провести исследование по этой теме, и совместно ответить на заданные мною вопросы. Целью моей работы стало моделирование поведения человека и животных на болоте, а также интересная, увлекательная демонстрация полученных результатов ученикам младших классов при помощи макетных заготовок. Для достижения этой цели мне необходимо было решить следующие задачи:
1. Собрать и изучить необходимую информацию по данной теме.
2. Изготовить Макет трясины.
3. Провести эксперименты по изучению свойств трясины.
4. Создать модель поведения человека и животных, попавших в трясину.
5. Рассказать ученикам младших классов интересным, увлекательным путём о безопасном поведении на болоте при помощи макетных заготовок, а также создать памятку по безопасному поведению человека на болоте.
6. Составить тест по данной теме.
В своей работе я рассмотрела теорию по описанию свойств трясины, для этого мне пришлось познакомиться с информацией, находящейся на сайтах интернета, но не всё мне подходило, так как на одних сайтах информация была изложена в непонятной для меня форме с множеством научных терминов, а на других порталах содержалась информация, которая была мне не нужна для исследовательской работы. Также я изучила особенности поведения живых организмов при попадании в трясину. Сравнила поведение живых и неживых организмов в трясине.
Значительное место в моём исследовании занимают экспериментальные работы с движущимися телами, так как именно такими свойствами обладают человек и животные. Конечным продуктом моей работы являлось создание модели поведения человека и животных, попавших в трясину, и разработка памятки о безопасном поведении на болоте.
I. Трясина.
1. Определение.
«Болото (также топь, трясина) — участок суши, характеризующийся избыточным увлажнением, повышенной кислотностью и низкой плодородностью почвы, выходом на поверхность стоячих или проточных грунтовых вод, но без постоянного слоя воды на поверхности.
Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Болота являются составной частью гидросферы. Первые болота на Земле образовались 350—400 млн. лет назад». [1]
Раньше болото считалось гибельным местом для человека. В болотах погибал отбившийся от стада скот. Из-за укусов малярийных комаров вымирали целые посёлки. Люди стремились осушать «гиблые места» и использовать землю под поля и пастбища. [2]
Не секрет, что одним из самых чарующих творений природы является болото. Оно красиво, оно манит и оно чертовски опасно. Наверное, многих с детства мучает вопрос: почему трясина засасывает попавшие в нее объекты, а не выталкивает, как по законам физики обязана делать любая жидкость? Я постаралась найти ответ на этот вопрос.
2. Пути возникновения и значение болот.
Болота возникают двумя основными путями:
1. Из-за заболачивания почвы или же из-за зарастания водоёмов. Заболачивание может происходить по вине человека, например, при возведении дамб и плотин для прудов.
2. Заболачивание иногда вызывает и деятельность бобров.
Непременным условием образования болот является постоянная избыточная влажность. Болота играют важную роль в образовании рек. Захороненные неразложившиеся органики в болотах, образуют залежи торфа, трансформирующегося затем в каменный уголь. Осушения болот, с точки зрения экологии – разрушительная деятельность.
С другой стороны болота являются одним из источников бактериального метана (одного из парниковых газов) в атмосфере.
Болота являются:
1. Естественными фильтрами воды и санитарами агроэкосистем.
2. На болотах растут ценные растения (голубика, клюква, морошка).
3. Торф используют в медицине (грязелечение), как топливо, удобрение в сельском хозяйстве, корм для сельскохозяйственных животных.
4. Сырьём для химической промышленности.
5. В торфяных болотах находят хорошо сохранившиеся остатки растений, пыльцу, семена, тела древних людей.
6. Болотная руда является источником для изготовления железных изделий.
II. Свойства трясины
1. Плавание тел в бингановских жидкостях.
Если бы болотная трясина была просто ньютоновской жидкостью с большой вязкостью, она была бы не очень опасна. При разумном поведении на ее поверхности можно было бы держаться довольно долго. Выталкивающая сила надежно держала бы человека на поверхности болота: если в результате неосторожного движения человек погрузился бы, ниже уровня нормального погружения, архимедова сила все равно вытолкнула бы его обратно.
Трясина является не ньютоновской жидкостью и ее бингамовские свойства кардинально меняют ситуацию.
Поднесем тело к поверхности бингамовской жидкости и опустим его. Если тело достаточно легкое и оказываемое им давление мало, то может случиться так, что возникающие в жидкости напряжения будут меньше порога текучести, и жидкость будет вести себя как твердое тело. То есть предмет может стоять на поверхности жидкости и не погружаться.
Благодаря именно этому свойству вездеходы с малым давлением на грунт легко преодолевают непроходимые для человека болота. Да и человек, с помощью специальных «болотных лыж» или мокроступов может снизить давление на почву и чувствовать себя на болоте в относительной безопасности. Но у этого явления есть и другая сторона. Уже сам факт того, что погружение тела прекращается при наличии неравенства веса и архимедовой силы, настораживает — все происходит не так, как обычно. Представим себе, что вес нашего тела достаточно велик и оно начнет погружаться. До каких пор будет происходить это погружение? Ясно, что не до тех, когда архимедова сила сравняется с весом. При погружении тела архимедова сила будет частично компенсировать вес, давление на почву будет уменьшаться и наступит момент, когда бингамовская жидкость перестанет течь, и тело остановится раньше, чем архимедова сила станет равна весу. Такое состояние, когда архимедова сила меньше веса, но дальше тело не погружается, называется состоянием недопогружения.
Если в жидкости возможны состояния недопогружения, то возможны и состояния перепогружения, в которых архимедова сила больше веса, но тело не всплывает. Погрузившись в результате каких-либо неосторожных действий, вы уже не всплывете обратно, а будете находиться в перепогруженном состоянии. Процесс «утопания» в трясине оказывается необратимым. [4]
2. Состояние перепогружения и его причины
Нам осталось совсем немного — разобрать, почему болотная трясина увлекает в перепогруженное состояние только живые объекты.
Причина первая:
Смещение центра тяжести приводит к увеличению давления на опору. «Если вы находитесь на уровне нормального погружения, то попытка просто поднять руку приведет к перепогружению.». [1]
Причина вторая: «Трясина имеет большую липкость и чтобы оторвать, например, руку от поверхности трясины, нужно приложить силу. При этом давление на опору возрастёт, и будет происходить перепогружение».[1]
Причина третья: «Трясина является вязкой средой и оказывает сопротивление движущимся в ней предметам. Если вы попытаетесь вытащить увязшую руку, то при ее движении вы должны будете преодолеть силы вязкости, и давление на опору возрастёт. Снова произойдет перепогружение».[1]
Причина четвертая: «Грязь имеет очень большую вязкость и силы, препятствующие перемещению одних слоев относительно других, для нее приличные. Поэтому грязь течет медленно и не успевает заполнять пространство под ногой, которую мы пытаемся вытащить. При вытаскивании ноги из грязи приходится преодолевать не только силы, обусловленные липкостью и вязкостью, но и силы, связанные с атмосферным давлением».[1]
«При резких движениях человека, попавшего в трясину, под перемещающимися в трясине частями тела будут возникать области пониженного давления, и атмосферное давление будет с большой силой давить на человека вниз, заталкивая его в перепогружённое состояние».[3]
«Совместное действие всех четырех причин приводит к следующему эффекту: изменение формы попавшего в трясину тела ведет его к перепогружению».[1]
III. Описание процесса исследования.
1.Исследовательская работа №1.
Цель работы – исследовать зависимость времени погружения движущихся тел в разные виды трясины.
Приборы и материалы: одноразовые контейнеры, земля с перегноем, макеты движущихся тел (стальной шарик, резинка, напальчник, трубка из-под капельницы), секундомер.
Порядок выполнения работы смотри в приложении 1. Здесь я привожу полученные данные и выводы.
Порядковый номер ёмкости
|
1
|
2
|
3
|
Консистенция трясины
|
Жидкая
|
Густая
|
Средняя
|
Время погружения стального шарика
|
3 с
|
1мин. 50 с
|
5 с
|
Время погружения напальчника
|
15 мин.
|
22 мин.
|
18 мин.
|
Вывод: проведя необходимые опыты, я узнала, что тела будут погружаться во всех консистенциях трясины. Утонуть в жидкой трясине можно быстрее всего.
2.Исследовательская работа № 2
Цель работы – выявить трясину, имеющую большую плотность.
Приборы и материалы: макеты трясин, измерительный цилиндр (мензурка), весы с разновесами, пузырёк, калькулятор.
Порядок выполнения работы смотри в приложении 2. Здесь я привожу полученные данные и выводы.
Консистенция трясины
|
Масса, г
|
Объём, см3
|
Плотность, г/см3
|
Жидкая
|
47
|
34
|
1.38
|
Густая
|
49
|
34
|
1.44
|
Средняя
|
48
|
34
|
1.41
|
Вывод: плотность вязкой жидкости прямо пропорционально её густоте.
На основе двух опытов я составила диаграмму зависимости времени погружения стального шарика и напальчника от плотности трясины.
Вывод: диаграмма наглядно иллюстрирует, что время погружения стального шарика в трясину жидкой и средней консистенций очень мало по сравнению со временем погружения напальчника. Это говорит о том, что тяжёлые тела при активном движении в трясине погружаются очень быстро. Сравнить полученные мною результаты с результатами исследования других людей я не смогла, так как в той информации, с которой работала я, таких данных не было.
IV. Практический выход исследования.
Результатами своего исследования и полученными знаниями о свойствах трясины я делилась с учениками 1в класса. В понятной для детей форме я рассказывала о коварной, «злой» трясине, которая забирает всё живое. Вместе мы разработали основные положения о том, как правильно вести себя на болоте, на основании которых я составила памятки о безопасном поведении на болоте. (Приложения 3 и 4)
Кроме этого мне захотелось провести опрос среди учащихся, что они знают о болотах и правилах поведения на них. Для этого я разработала небольшой тест (приложение 5). Само тестирование я ещё не проводила.
Заключение
Была проделана большая работа, в процессе которой я получила много новой, интересной, полезной информации о трясине, её свойствах, особенностях поведения в различных ситуациях с точки зрения физики, узнала о том, что тайны трясины разгадывали и изучали раннее другие учёные.
У меня получились макеты трясины и фигурок для опытов, я поделилась полученными знаниями с ребятами младших классов, составила памятку о правильном поведении человека на болоте, которая может быть прочитана и изучена каждым учеником, использована на уроках ОБЖ и факультативах. Мне удалось ответить на интересовавшие меня вопросы о трясине, но в процессе изучения этого интересного материала у меня возникли новые вопросы, на которые я пока не смогла ответить в связи с тем, что вязкие свойства жидкостей мы ещё не изучали. Я с большим интересом выполнила экспериментальные работы и продемонстрировала результат в виде диаграммы. Я выполнила поставленные задачи и достигла цели: моделирование поведения человека и животных на болоте, демонстрация полученных результатов ученикам младших классов.
Список литературы.
1. Болото / Материал из Википедии — свободной энциклопедии [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BE, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. русский
2. Можно ли спастись, попав в трясину? / портал для студентов и школьников OTLICHNIKI.SU [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.otlichniki.su/tryasina.html, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. русский
3. Почему трясина засасывает? / Генон - удобный поиск ответов на вопросы [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.genon.ru/GetAnswer.aspx?qid=1826983c-f81e-4a49-9574-bf948d7025fc, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. русский
4. Хилькевич С.С. Физика вокруг нас. - М.. Наука, 1985, 160с.
Приложения
Приложение 1
Порядок выполнения исследовательской работы № 1.
За основу берём 3 одинаковых контейнера. Насыпаем землю с перегноем.
Добиваемся консистенции трясины. В контейнер № 1 делаем очень жидкую трясину, в контейнере № 2 густую, а в контейнере № 3 Среднюю.
Создаём макеты движущихся тел для проведения опытов: чтобы заставить шарики двигаться, я прикрепила к нему резинку, а напальчник «дышать» я заставила при помощи шприца и трубки из-под капельницы.
Проводим опыт с шариком, в процессе которого узнаем, за какое время в каждую из консистенций погрузится шарик – «движущийся человек» и опыт с напальчником, в процессе которого узнаем, за какое время погружается «дышащий человек» - напальчник.
 
Для того, чтобы провести опыт с шариком, я укладываю шарик на поверхность трясины и, удерживая резинку в средней части, дёргаю вверх вниз – движущееся подобие человека, находящегося в трясине.
Для того, чтобы провести опыт с напальчником, я укладываю напальчник на поверхность трясины и, меняя положение поршня шприца, уменьшаю и увеличиваю порцию воздуха, находящегося в напальчнике – дышащее подобие человека или животного.
Приложение 2
Порядок выполнения исследовательской работы № 2.
 
1.Определяю массу пузырька
2.Пузырёк заполняю трясиной и определяю массу пузырька с трясиной
3. Определяю массу трясины
4. Наливаю в пустой пузырёк воду
5. Измеряю объём налитой воды с помощью мензурки, такой же объём будет иметь и трясина, помещённая в тот же пузырёк.
6. Рассчитаю по формуле плотность каждой консистенции трясины ρ = m/V.
Приложение 3
Отчёт о демонстрации опытов учащимся первого класса.
Одной из запоминающейся частью моего исследования было общение с учениками 1 класса, при котором я рассказывала о свойствах трясины, её особенностях, интересные случаи, происходящие на болотах. Когда я делилась полученными знаниями о свойствах трясины с учениками 1в класса, мы вместе познавали что-то новое о ней, а также узнали интересные факты о трясине, её роль в мифологии и ещё много интересного.
В понятной для детей форме я рассказывала им о коварной, «злой» трясине, которая забирает всё живое. Я показывала ребятам опыты, которые подтверждали мои слова о том, что нужно избегать болот, когда они гуляют по лесу. Я рассказала ребятам о том, по каким признакам можно распознать трясину.
 
Вместе мы пробовали ответить на вопросы: «Что же всё-таки делать, если мы встретились «лицом к лицу» с трясиной? Почему быстрее мы попадёмся в ловушку жидкой трясины, и нам будет сложнее из неё выбраться? И как правильно вести себя на болоте». Мы выявили перечень основных вещей, которые необходимо иметь, когда мы собираемся в лес, рассмотрели поведение людей при попадании в трясину. После нашего общения, я предложила подытожить нашу беседу основными правилами поведения человека в лесу, где есть болота.
После того, как мы подытожили нашу беседу, ребята могли самостоятельно попробовать проделать опыты.
Приложение 4
Разработка памяток о безопасном поведении на болоте.
1. Создание памятки по безопасному поведению на болоте для учащихся.
Для создания памятки мне потребовалось: цветная бумага, фломастеры, цветные карандаши, трафарет, ножницы.
Памятка о правильном поведении на болоте для учащихся.
Ребята, ходите в лес только с взрослыми.
Смотрите под ноги.
Близко к болоту не подходите.
Будьте осторожны при обнаружении зелёного мха с выступающей из-под него водой.
С помощью шеста (палки) ощупывайте почву.
Если увидите что-то непонятное, ранее не известное вам, то сообщите взрослым.
Если вы увидели утопающего на болоте – сообщите об этом взрослым.
Если вы увидели утопающего в болоте, а рядом никого нет – протяните шест или палку самостоятельно, но сами близко не подходите.
При попадании в болото не паникуйте.
Старайтесь дышать ровно, правильно.
Не делайте резких движений.
Не разговаривайте, если рядом никого нет.
Освободите руки от посторонних предметов.
Глазами поищите корень от дерева и ухватитесь за него.
Держась за корень дерева, ползком попытайтесь выбраться из болота.
Если вы самостоятельно не смогли выбраться – постарайтесь лечь на спину и вытянуть руки с ногами.
Если кто-то идёт – спокойно, ровно дыша, позовите на помощь.
Если рядом никого не оказалось – в лежачем положении ждите помощи.
2. Создание памятки для собирателей клюквы на болотах
Для создания памятки мне потребовалось: плотный белый картон А4, цветная бумага, клей, ножницы, цветные карандаши.
1.Печатаем на цветной бумаги содержимое памятки
2.Смазываем картон клеем и накладываем цветную бумагу
3.Расскрашиваем получившуюся памятку
4.Устраняем дефекты с помощью ножниц
Памятка для собирателей клюквы на болоте.
Смотрите под ноги.
С помощью шеста (палки) ощупывайте местность.
Для сбора клюквы надевайте резиновые сапоги на несколько размеров больше или используйте болотоходы.
Собирайте клюкву по краям болота, не заступая в него.
При увязании в трясине – не паникуйте.
Не делайте резких движений.
Дышите ровно.
Не разговаривайте, если рядом никого нет.
Освободите руки от посторонних предметов.
Глазами отыщите корень от дерева и ухватитесь за него в лежачем положении.
Ползком попытайтесь выбраться из болота.
Если вам не удалось самостоятельно выбраться – лягте на спину, вытянув руки и ноги.
При обнаружении людей спокойно позовите на помощь.
Если поблизости никого не оказалось, то в лежачем положении ожидайте спасения.
Приложение 5
Тест для учащихся
Цель проведения опроса: определить, знают ли ученики 8 – 11 классов, что такое болото и как себя вести на болоте.
Болото пройти можно:
1) если его покрывают густые травы вперемежку с осокой.
2) если на болоте видна поросль сосны.
3) если болото покрыто сплошной порослью мха и толстым слоем (до 30 см) очесов — старого, разложившегося мха.
Болото пройти трудно:
1) если на нем среди мха попадаются частые лужицы застойной воды;
2) если на болоте растет пушица — трава, на которой после цветения остаются, подобно одуванчикам, головки пуха;
3) если болото поросло кустарником, ивой, ольхой, елью или березой.
Болото пройти невозможно:
1) если оно покрыто камышом.
2) если по болоту плавает травяной покров.
Знаете ли вы, что необходимо делать при попадании в болото?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Необходимо ли при попадании в болото громко кричать «помогите», если рядом никого не видно?
Да
Нет
|
