Имеет ли воздух вес опыт. Опыты с воздухом. Определение веса воздуха при заданных условиях

Мельникова Валерия

Исследовательская работа по окружающему миру

Скачать:

Предварительный просмотр:

Городская научно – практическая конференция

«Планета эрудитов»

Обладает ли весом воздух

Окружающий мир

Мельникова Валерия Игоревна,

4 «А» класс, МБОУ СОШ № 14

Руководитель:

Михайлова И.Р.,

учитель начальных классов, МБОУ СОШ № 14

г. Дзержинск

2013г

Очистка воздуха.
Воздух имеет вес.
Проведение опытов.

Введение

Вся наша планета окутана прозрачным покрывалом - воздухом. Мы его не видим, не чувствуем. Но если оно вдруг исчезнет, мгновенно закипит на Земле вода, все другие жидкости, а лучи Солнца сожгут все живое.

Без еды человек может обходиться пять недель, без воды - пять дней, а без воздуха - самое большое пять минут. Воздух нужен и человеку, и животным, и растениям, чтобы дышать, а значит, чтобы жить. А ветер? Ведь это движение воздуха! Без ветра облака всегда стояли бы над морем или рекой. Значит, дождь без ветра мог бы идти только над водой. Под действием воздуха и воды совершаются геологические процессы на поверхности Земли, формируются погода и климат. Сжигая топливо (а в этом обязательно должен участвовать кислород - составная часть воздуха), люди издавна получают тепло, необходимое и в быту, и на производстве.

Воздух - важнейший источник химического сырья. Всего лишь два века назад ученые узнали, что воздух - смесь многих газов, в основном кислорода и азота, аргона и углекислого газа. В связи с актуальностью данной проблемы мы выявили следующую цель исследования: определить, есть ли вес у воздуха?

Задачи исследования:

Проанализировать передовой опыт по вопросу изучения воздуха;
Определить свойства воздуха;
Провести эксперимент по определению веса воздуха;
Сделать выводы.

Значение воздуха для человека.

Для человека большое значение имеют температура, влажность, движение воздуха. Например, если вы легко одеты и заняты несложной работой, лучшая температура воздуха 18- 20 С. Чем тяжелее работа, тем ниже может быть температура воздуха, но не настолько, чтобы стало трудно дышать, как при сильном морозе. Люди лучше всего себя чувствуют при влажности воздуха 40-60 процентов. Обычно хорошо переносится сухой воздух, а повышенная влажность воздуха действует неблагоприятно: при высокой температуре организм перегревается, при низкой - переохлаждается.

Очистка воздуха.

В воздухе растет количество углекислого газа, химических соединений, которые выбрасывают промышленные предприятия и автомашины.

В мире широко развернулось движение в защиту природы. У нас приняты законы и разрабатывают новые, по которым руководители предприятий отвечают за очистку и обезвреживание газов до их выброса в атмосферу.

Огромную роль в очистке воздуха играют растения - легкие планеты. Они задерживают пыль, копоть, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Среди других природных фильтров тополь и подсолнечник лучше всего очищают воздух от загрязнения. Как показали исследования, на оживленных автомагистралях, вдоль которых были высажены пирамидальные тополя и простирались поля подсолнечника, воздух оставался чистым.

Воздух имеет вес.

Воздух имеет вес. В литровой бутылке, например, больше одного грамма воздуха. Своим весом воздух давит на нас и на все предметы вокруг нас. Если, к примеру, откачать воздух из консервной банки, то она сплющится.

При температуре 0 °C и нормальном атмосферном давлении масса воздуха объемом 1 м3 равна 1,29 кг.

Проведение опытов.

С помощью опыта можно доказать, что воздух имеет вес. На середине палки длиной сантиметров в шестьдесят укрепим веревочку, а к обоим ее концам привяжем два одинаковых воздушных шарика. Подвесим палку за веревочку и увидим, что она висит горизонтально. Если теперь проткнуть иголкой один из надутых шариков, из него выйдет воздух, и тот конец палки, к которому он был привязан, поднимется вверх. Если проколоть и второй шарик, то палка снова займет горизонтальное положение.

Это происходит потому что воздух в надутом шарике плотнее, а значит, и тяжелее, чем тот, что находится вокруг него.

Еще один опыт:

Возьми пустую прозрачную пластиковую бутылку. Этот опыт покажет, так ли она пуста, как кажется. Опусти бутылку в таз с водой так, чтобы она начала заполняться. Смотри, что будет с водой. Видишь, из горлышка входят пузырьки. Это вода вытесняет воздух из бутылки. Большинство предметов, которые выглядят пустыми, на самом деле заполнены воздухом.

Почувствуй воздух.

Есть ли воздух вокруг? Узнать это очень просто. Помаши листом картона у своего лица. Картонка заставит воздух двигаться и ты ощутишь его дуновение на своем лице.

Бумажные гонки.

Воздухом можно двигать предметы. Предлагаем устроить такую игру: каждому игроку понадобится картонка и лист бумаги. Одну сторону листа нужно отогнуть. Вместо финишной ленты натяните нитку. Теперь по команде машите картонками позади листов бумаги, и воздух будет двигать их вперед.

Тяжелая газета.

Возьми половину газетного листа и расправь его на столе. Под газету положи линейку, так, чтобы ее конец выступал за край стола. Нажми на линейку и попробуй оторвать ее от стола.

Оказывается, это не так-то легко сделать, потому что давление воздуха прижимает газету к столу.

Сплющенный пакет.

Для опыта возьми маленький пакетик сока с дырочкой для трубки. Высоси через трубочку сок из пакетика. Продолжай тянуть через нее воздух. Посмотри, что произойдет. Когда часть воздуха уйдет из пакетика, наружный воздух сдавит его стенки. Вынь соломинку и посмотри на пакетик.

Стенки снова разошлись, потому что воздух вошел в пакетик и распрямил его. Посмотри, что произойдет с пакетиком, если ты вдуешь в него еще больше воздуха.

Таким образом, мы доказали, что воздух имеет вес.

Заключение.

Сколько весит воздух, зависит от того, когда и где его взвешивают. Вес воздуха над горизонтальной плоскостью - это атмосферное давление. Как и все предметы, окружающие нас, воздух тоже подвержен земному притяжению. Оно-то и наделяет воздух весом, который равен 1 кг на квадратный сантиметр. Плотность воздуха равна около 1,2 кг/м3, то есть куб со стороной 1 м, наполненный воздухом, весит 1,2 кг.

Воздушный столб, вертикально поднимающийся над Землей, тянется на несколько сотен километров. Значит, на стоящего прямо человека, на его голову и плечи, площадь которых составляет примерно 250 см2, давит столб воздуха весом около 250 кг!

Кстати...

В повседневности, когда мы что-то взвешиваем, мы делаем это в воздухе, и поэтому мы пренебрегаем его весом, так как вес воздуха в воздухе равен нулю. Например, если мы взвесим пустую стеклянную колбу, мы будем считать полученный результат весом колбы, пренебрегая тем, что она наполнена воздухом. А вот если колбу закрыть герметично и откачать из нее весь воздух, мы получим совсем другой результат...

Список литературы

Ю.В. Новиков «Экология, окружающая среда и человек»
Энциклопедия «Мир вокруг нас»
Сайт http://www.5.km.ru/

Городская научно – практическая конференция

«Планета эрудитов»

Обладает ли весом воздух

Окружающий мир

4 «А» класс, МБОУ СОШ № 14

Руководитель:

г. Дзержинск

2013г

2. Очистка воздуха.

3. Воздух имеет вес.

4. Проведение опытов.

Введение

Воздух - важнейший источник химического сырья. Всего лишь два века назад ученые узнали, что воздух - смесь многих газов, в основном кислорода и азота , аргона и углекислого газа. В связи с актуальностью данной проблемы мы выявили следующую цель исследования: определить, есть ли вес у воздуха?

Задачи исследования:

Проанализировать передовой опыт по вопросу изучения воздуха;

Определить свойства воздуха;

Провести эксперимент по определению веса воздуха;

Сделать выводы.

1. Значение воздуха для человека.

Для человека большое значение имеют температура, влажность , движение воздуха. Например, если вы легко одеты и заняты несложной работой, лучшая температура воздуха 18- 20 С. Чем тяжелее работа, тем ниже может быть температура воздуха, но не настолько, чтобы стало трудно дышать, как при сильном морозе. Люди лучше всего себя чувствуют при влажности воздуха 40-60 процентов. Обычно хорошо переносится сухой воздух, а повышенная влажность воздуха действует неблагоприятно: при высокой температуре организм перегревается, при низкой - переохлаждается.

2. Очистка воздуха.

3. Воздух имеет вес.

При температуре 0 °C и нормальном атмосферном давлении масса воздуха объемом 1 м3 равна 1,29 кг.

4. Проведение опытов.

С помощью опыта можно доказать, что воздух имеет вес. На середине палки длиной сантиметров в шестьдесят укрепим веревочку, а к обоим ее концам привяжем два одинаковых воздушных шарика . Подвесим палку за веревочку и увидим, что она висит горизонтально. Если теперь проткнуть иголкой один из надутых шариков, из него выйдет воздух, и тот конец палки, к которому он был привязан, поднимется вверх. Если проколоть и второй шарик, то палка снова займет горизонтальное положение.

Еще один опыт:

Почувствуй воздух.

Бумажные гонки.

Тяжелая газета.

Оказывается, это не так-то легко сделать, потому что давление воздуха прижимает газету к столу.

Сплющенный пакет.

Таким образом, мы доказали, что воздух имеет вес.

Заключение.

Кстати...

Список литературы

1. «Экология, окружающая среда и человек»

2. Энциклопедия «Мир вокруг нас»

3. Сайт http://*****/

Разделы на этой странице:

Имеет ли воздух вес? Не спешите сказать «да» или «нет», подумайте.

Давайте проделаем такой опыт.

Возьмем весы, такие, как показаны на рисунке 42. Положим на левую чашку весов детский воздушный шарик, а на правую небольшими порциями будем сыпать песок до тех пор, пока не наступит равновесие. Наполним воздушный шарик воздухом. Завяжем его, чтобы воздух не вышел, и положим на весы. Равновесие нарушилось – чашка с надутым шариком перевесила. Значит, воздух имеет вес.

Рис. 42. Этот опыт доказывает, что воздух имеет вес

Вес воздуха

Взвешивая воздух, ученые установили, что он очень легкий. Его 1 кубический метр (сокращенно 1 м 3: 1 м в ширину, 1 м в длину и 1 м в высоту) весит 1290 г. Следует запомнить, что такой вес имеет воздух только у поверхности Земли. Если взвешивать воздух на различных расстояниях от Земли, то вес 1 м 3 воздуха будет уменьшаться с высотой. Чем дальше от поверхности Земли, тем воздух более разрежен, менее плотен, а значит, меньше весит.

Давление воздуха

Поскольку толщина атмосферы составляет более 1000 км, воздух оказывает значительное давление на земную поверхность: на 1 см 2 поверхности Земли он давит с силой в 1 кг. Подсчитаем, какое давление воздуха испытывает человек (поверхность его тела составляет в среднем 1,5 м 2 , или 15 тыс. см 2).

Получается, что на человека давит 15 т воздуха! Такого огромного давления, казалось бы, он не выдержит. Однако человек его не ощущает. Объясняется это тем, что кровь, другие жидкости и газы в организме сжаты до такого же давления и, действуя изнутри, уравновешивают внешнее давление.

Воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на поверхности Земли.

Чтобы в этом убедиться, проделаем опыт.

На поверхность стола положим тонкую рейку так, чтобы половина ее выступала за край стола. Накроем рейку листом бумаги размером с газету (можно и самой газетой). Бумага должна плотно лежать на поверхности стола. Резким ударом руки по рейке постараемся сбросить бумагу со стола. Однако рейка сломалась – бумага осталась лежать на столе. Это объясняется тем, что на бумагу воздух давит практически с одной стороны, так как к поверхности стола она плотно прилегает.

Рис. 43. Опыт, доказывающий, что воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на Земле. Даже сильный удар по линейке не смог поднять газету

Воздух давит на все окружающие предметы со всех сторон.

В далеком 1654 г. бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике решил показать горожанам силу воздушного давления. Для опыта были изготовлены два металлических полушария (их впоследствии назвали «магдебургскими»). Плотно прилегая друг к другу, они образовывали полый шар. В одном из полушарий находилось отверстие для откачивания воздуха, которое затем плотно закрывалось, чтобы воздух не мог проникнуть в шар. В опыте использовались две восьмерки лошадей, впряженных в упряжки. Каждая упряжка через прочный крюк соединялась с полушарием. После того, как насосом откачивали воздух из шара, собранного из полушарий, лошади по команде тянули полушария в разные стороны, чтобы оторвать их друг от друга. Но шар только покачивался и оставался целым и невредимым. Когда же внутрь шара впустили воздух, полушария сами распались (рис. 44).

Рис. 44. Опыт с магдебургскими полушариями

Сколько весит воздух и весит ли он вообще? Мы живем внутри воздуха, окружены им, и не ощущаем его вес. Может показаться, что он невесомый. На самом же деле воздух имеет объем и массу. И мы чувствуем его, когда дует ветер — ветер пригибает к земле деревья, срывает шапки с голов.

Имеет ли воздух вес?

Воздух действительно имеет вес! Есть просто способ убедиться в этом.

Возьмите 2 воздушных шарика и прямую палку. Привяжите шарики с разных концов палки (длина нитей должна быть одинаковая). Теперь привяжите ровно посередине палки веревку. Если все сделано верно, то удерживая веревку, палка будет находится в горизонтальном положении — получились своеобразные весы. Теперь возьмите один из шариков и надуйте его еще больше. Что произойдет? Сторона палки с шариком, который вы только что поддули, будет находиться ниже, так как в шарике теперь больше воздуха, и он больше весит.

Но может возникнуть справедливый вопрос — почему воздушный шар, который заполнен воздухом и окружен воздухом снаружи, весит больше? Ответ кроется в плотности.

В жидкости все то, что имеет большую плотность, чем окружающая среда, будет тонуть. Когда вы добавили в шар воздуха, вы увеличили его общую плотность, так как воздух внутри шарика находится под бо льшим давлением, чем снаружи. Большее давление означает большую плотность, поэтому тяжелый воздух внутри шарика перевешивает шарик с меньшим количеством воздуха.

Сколько весит воздух?

У поверхности Земли один кубический метр воздуха весит около 1,25 кг (данные для сухого воздуха).

Многих может удивить тот факт, что воздух имеет определенный ненулевой вес. Точное значение этого веса определить не так просто, поскольку на него сильно влияют такие факторы, как химический состав, влажность, температура и давление. Рассмотрим подробнее вопрос о том, сколько весит воздух.

Что такое воздух

Прежде чем отвечать на вопрос о том, сколько весит воздух, необходимо разобраться с тем, что представляет собой эта субстанция. Воздух - это газовая оболочка, которая существует вокруг нашей планеты, и которая представляет гомогенную смесь различных газов. В состав воздуха входят следующие газы:

азот (78,08%);
кислород (20,94%);
аргон (0,93%);
водяной пар (0,40%);
углекислый газ (0,035%).

Помимо перечисленных выше газов, в воздухе также присутствуют в минимальных количествах неон (0,0018%), гелий (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), водород (0,00005%), аммиак (0,0003%).

Интересно отметить, что разделить эти компоненты можно, если конденсировать воздух, то есть превратить его в жидкое состояние путем увеличения давления и уменьшения температуры. Поскольку каждый компонент воздуха обладает своей температурой конденсации, то таким способом удается выделить все компоненты из воздуха, что используется на практике.

Вес воздуха и факторы, которые на него влияют

Что мешает ответить точно на вопрос, сколько весит кубометр воздуха? Конечно же, ряд факторов, которые могут сильно влиять на этот вес.

Во-первых, это химический состав. Выше приведены данные для состава чистого воздуха, однако, в настоящее время этот воздух во многих местах планеты сильно загрязнен, соответственно, его состав будет другим. Так, вблизи больших городов в воздухе содержится больше углекислого газа, аммиака, метана, чем в воздухе сельской местности.

Во-вторых, влажность, то есть количество водяного пара, которое содержится в атмосфере. Чем более влажный воздух, тем меньше он весит при прочих равных условиях.

В-третьих, температура. Это один из важных факторов, чем меньше ее значение, тем выше плотность воздуха, и, соответственно, тем больше его вес.

В четвертых, атмосферное давление, которое непосредственно отражает количество молекул воздуха в определенном объеме, то есть его вес.

Чтобы понять, как совокупность этих факторов влияет на вес воздуха, приведем простой пример: масса одного метра кубического сухого воздуха при температуре 25°C, находящегося вблизи поверхности земли, составляет 1,205 кг, если же рассматривать аналогичный объем воздуха вблизи поверхности моря при температуре 0°C, то его масса уже будет равна 1,293 кг, то есть увеличится на 7,3%.

Изменение плотности воздуха с высотой

С увеличением высоты падает давление воздуха, соответственно, уменьшается его плотность и вес. Атмосферный воздух при давлениях, которые наблюдаются на Земле, можно в первом приближении считать идеальным газом. Это означает, что давление и плотность воздуха математически связываются друг с другом через уравнение состояния идеального газа: P = ρ*R*T/M, где P - давление, ρ - плотность, T - температура в кельвинах, M - молярная масса воздуха, R - универсальная газовая постоянная.

Из приведенной выше формулы можно получить формулу зависимости плотности воздуха от высоты, если учесть, что давление изменяется по закону P = P 0 +ρ*g*h, где P 0 - давление у поверхности земли, g - ускорение свободного падения, h - высота. Подставляя эту формулу для давления в предыдущее выражение, и выражая плотность, получаем: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). С помощью этого выражения можно определить плотность воздуха на любой высоте. Соответственно вес воздуха (правильнее говорить масса) определяется по формуле m(h) = ρ(h)*V, где V - заданный объем.

В выражении зависимости плотности от высоты можно заметить, что от высоты также зависят температура и ускорение свободного падения. Последней зависимостью можно пренебречь, если речь идет о высотах не более 1-2 км. Что касается температуры, то ее зависимость от высоты хорошо описывается следующим эмпирическим выражением: T(h) = T 0 -0,65*h, где T 0 - температура воздуха вблизи поверхности земли.

Чтобы не вычислять постоянно плотность для каждой высоты, ниже приведем таблицу зависимости главных характеристик воздуха от высоты (до 10 км).

Какой воздух является самым тяжелым

Рассмотрев основные факторы, которые определяют ответ на вопрос о том, сколько весит воздух, можно понять, какой воздух будет самым тяжелым. Говоря кратко, холодный воздух весит всегда больше, чем теплый, поскольку плотность последнего ниже, и сухой воздух весит больше, чем влажный. Последнее утверждение легко понять, поскольку составляет 29 г/моль, а молярная масса молекулы воды равна 18 г/моль, то есть меньше в 1,6 раза.

Определение веса воздуха при заданных условиях

Теперь решим конкретную задачу. Ответим на вопрос о том, сколько весит воздух, занимающий объем 150 л, при температуре 288 К. Учтем, что 1 литр составляет тысячную часть от кубического метра, то есть 1 л = 0,001 м 3 . Что касается температуры 288 К, то она соответствует 15°C, то есть является типичной для многих районов нашей планеты. Далее нужно определить плотность воздуха. Сделать это можно двумя способами:

Рассчитать по приведенной выше формуле для высоты 0 метров над уровнем моря. В этом случае получается значение ρ = 1,227 кг/м 3
Посмотреть в приведенную выше таблицу, которая построена, исходя из T 0 = 288,15 К. В таблице стоит значение ρ = 1,225 кг/м 3 .

Таким образом, получилось два числа, которые хорошо согласуются друг с другом. Небольшое различие связано с погрешностью 0,15 К при определении температуры, а также с тем, что воздух является все же не идеальным, а реальным газом. Поэтому для дальнейших расчетов возьмем среднее из двух полученных значений, то есть ρ = 1,226 кг/м 3 .

Теперь, пользуясь формулой связи массы, плотности и объема, получаем: m = ρ*V = 1,226 кг/м 3 * 0,150 м 3 = 0,1839 кг или 183,9 грамма.

Также можно ответить, сколько весит литр воздуха при заданных условиях: m = 1,226 кг/м 3 * 0,001 м 3 = 0,001226 кг или приблизительно 1,2 грамма.

Почему мы не чувствуем, что воздух давит на нас

Сколько весит 1 м3 воздуха? Чуть больше 1 килограмма. Весь же атмосферный стол нашей планеты давит на человека своим весом в 200 кг! Это достаточно большая масса воздуха, которая могла бы доставить много неприятностей человеку. Почему же мы ее не чувствуем? Это объясняется двумя причинами: во-первых, внутри самого человека имеется также внутреннее давление, которое оказывает противодействие внешнему атмосферному давлению, во-вторых, воздух, будучи газом, оказывает давление во всех направлениях одинаково, то есть давления во всех направлениях уравновешивают друг друга.