Обладает ли весом воздух. Есть ли у воздуха вес? Имеет ли воздух вес

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/

Хотя мы и не чувствуем воздух вокруг себя, воздух - это не ничто. Воздух - это смесь газов: азота, кислорода и других. А газы, как и другие вещества, состоят из молекул, и поэтому имеют вес, хотя и небольшой.

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

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/м 3 , 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 см 2 , давит столб воздуха весом около 250 кг!

Мы не смогли бы выдерживать такую тяжесть, если бы ей не противостояло такое же давление внутри нашего тела. Следующий опыт поможет нам понять это. Если растянуть двумя руками бумажный лист и кто-то с одной стороны надавит на него пальцем, то результат будет один - дырка в бумаге. Но если надавить двумя указательными пальцами на одно и то же место, но с разных сторон, ничего не случится. Давление с обеих сторон будет одинаковым. То же самое происходит и с давлением воздушного столба и встречным давлением внутри нашего тела: они равны.

Воздух обладает весом и со всех сторон давит на наше тело.
Но он не может раздавить нас, ибо встречное давление тела равно внешнему.
Изображенный выше простой опыт делает это очевидным:
если с одной стороны надавить пальцем на лист бумаги, он порвется;
но если надавить на него с обеих сторон, этого не произойдет.

Кстати...

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.

Опыт 7. Воздух легче воды.

Опыт 6. Чем больше воздуха в мяче, тем выше он скачет.

Опыт 5. Воздух толкает предметы.

Опыт 4.Запираем воздух в шарик.

Опыт 3. Буря в стакане.

Детям предлагается опустить в стакан с водой соломинку и дуть в неё. Что получается? (Получается буря в стакане воды).

Детям предлагается подумать, где можно найти много воздуха сразу? (В воздушных шариках). Чем мы надуваем шарики? (Воздухом) Воспитатель предлагает детям надуть шары и объясняет: мы как бы ловим воздух и запираем его в воздушном шарике. Если шарик сильно надуть, он может лопнуть. Почему? Воздух весь не поместится. Так что главное - не перестараться. (предлагает детям поиграть с шарами).

После игры можно предложить детям выпустить воздух из одного шарика. Есть ли при этом звук? Предлагается детям подставить ладошку под струю воздуха. Что они чувствуют? Обращает внимание детей: если воздух из шарика выходит очень быстро, он как бы толкает шарик, и тот движется вперёд. Если отпустить такой шарик, он будет двигаться до тех пор, пока из него не выйдет весь воздух.

Воспитатель интересуется у детей, в какой хорошо знакомой им игрушке много воздуха. Эта игрушка круглая, может прыгать, катиться, её можно бросать. А вот если в ней появится дырочка, даже очень маленькая, то воздух выйдет из неё и, она не сможет прыгать. (Выслушиваются ответы детей, раздаются мячи). Детям предлагается постучать об пол сначала спущенным мячом, потом - обычным. Есть ли разница? В чём причина того, что один мячик легко отскакивает от пола, а другой почти не скачет?

Вывод: чем больше воздуха в мяче, тем лучше он скачет.

Детям предлагается "утопить" игрушки, наполненные воздухом, в том числе спасательные круги. Почему они не тонут?

Вывод: Воздух легче воды.

Попробуем взвесить воздух. Возьмите палку длинной около 60-ти см. На её середине закрепите верёвочку, к обоим концам которой привяжите два одинаковых воздушных шарика. Подвесьте палку за верёвочку. Палка висит в горизонтальном положении. Предложите детям подумать, что произойдёт, если вы проткнёте один из шаров острым предметом. Проткните иголкой один из надутых шаров. Из шарика выйдет воздух, а конец палки, к которому он привязан, поднимется вверх. Почему? Шарик без воздуха стал легче. Что произойдёт, когда мы проткнём и второй шарик? Проверьте это на практике. У вас опять восстановится равновесие. Шарики без воздуха весят одинаково, так же, как и надутые.

Опыт 9.Тёплый воздух вверху, холодный внизу.

Для его проведения нужны две свечи. Проводить исследования лучше в прохладную или холодную погоду. Приоткройте дверь на улицу. Зажгите свечи. Держите одну свечу внизу, а другую вверху образовавшейся щели. Пусть дети определят, куда наклоняется пламя свечей (пламя нижней будет направлено внутрь комнаты, верхней - наружу). Почему так происходит? У нас в комнате тёплый воздух. Он легко путешествует, любит летать. В комнате такой воздух поднимается и убегает через щель вверху. Ему хочется поскорее вырваться наружу и погулять на свободе.

А с улицы к нам вползает холодный воздух. Он замёрз и хочет погреться. Холодный воздух тяжёлый, неповоротливый (он ведь замёрз!), поэтому предпочитает оставаться у земли. Откуда он будет входить к нам в комнату - сверху или снизу? Значит, вверху дверной щели пламя свечи "наклоняется" тёплым воздухом (он ведь убегает из комнаты, летит на улицу), а внизу холодным (он ползёт навстречу с нами).

Вывод: Получается, что один воздух, тёплый, движется вверху, а навстречу ему, внизу, ползёт "другой", холодный. Там, где двигаются и встречаются тёплый и холодный воздух, появляется ветер. Ветер - это движение воздуха.

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://*****/