Воздух в нас и вокруг нас, он - непременное условие жизни на Земле. Знание свойств воздуха помогает человеку успешно применять их в быту, хозяйстве, строительстве и многом другом. На этом уроке мы продолжим изучать свойства воздуха, проведем много увлекательных опытов, узнаем об удивительных изобретениях человечества.

Тема: Неживая природа

Урок: Свойства воздуха

Повторим те свойства воздуха, о которых мы узнали на предыдущих уроках: воздух прозрачен, бесцветен, не имеет запаха, плохо проводит тепло.

В жаркий день оконное стекло прохладное наощупь, а подоконник и предметы стоящие на нем - теплые. Так происходит потому, что стекло - прозрачное тело, которое пропускает тепло, но само не нагревается. Воздух тоже прозрачен, поэтому хорошо пропускает солнечные лучи.

Рис. 1. Оконное стекло проводит солнечные лучи ()

Проведем несложный опыт: перевернутый вверх дном стакан опустим в широкий сосуд, наполненный водой. Мы почувствуем легкое сопротивление и увидим, что вода не может заполнить стакан, потому что воздух, находящийся в стакане, не “уступает” своего места воде. Если слегка наклонить стакан, не вынимая его из воды, из стакана выйдет воздушный пузырь, и часть воды войдет в стакан, но даже в таком положении стакана вода не сможет заполнить его полностью.

Рис. 2. Пузырьки воздуха выходят из наклоненного стакана, уступая место воде ()

Так происходит потому, что воздух, как и любое другое тело, занимает пространство в окружающем мире.

Используя это свойство воздуха, человек научился работать под водой без специального костюма. Для этого был создан водолазный колокол: под колокол-колпак, изготовленный из прозрачного материала, становятся люди и необходимое оборудование и колокол опускается при помощи подъемного крана под воду.

Воздух, находящийся под куполом, позволяет людям дышать некоторое время, достаточное для того, чтобы осмотреть повреждения корабля, опоры моста или дно водохранилища.

Для доказательства следующего свойства воздуха, необходимо плотно прикрыть пальцем левой руки отверстие велосипедного насоса, а правой рукой нажать на поршень.

Потом, не убирая пальца от отверстия, отпустить поршень. Палец, которым закрыто отверстие, чувствует, что воздух на него очень сильно давит. Но поршень с трудом, но сдвинется. Это означает, что воздух можно сжать. Воздух обладает упругостью, потому что когда мы отпускаем поршень, он сам возвращается в первоначальное положение.

Упругими называют тела, которые после прекращения сжатия принимают первоначальную форму. Например, если сжать пружину, а потом отпустить, она примет свою первоначальную форму.

Сжатый воздух тоже упруг, он стремится расшириться и занять прежнее место.

Для того, чтобы доказать, что воздух имеет массу, нужно сделать самодельные весы. Прикрепим сдутые воздушные шарики к концам палочки с помощью скотча. Положим длинную палочку на середину короткой, так чтобы концы уравновешивали друг друга. Соединим их ниткой. Прикрепим скотчем короткую палочку к двум банкам. Надуем один шарик и снова прикрепим его к палочке тем же кусочком скотча. Установим на прежнее место.

Мы увидим, как палочка наклоняется в сторону надутого шарика, потому что воздух, наполнивший шарик, делает его тяжелее. Из этого опыта можно сделать вывод, что воздух имеет массу и его можно взвесить.

Если воздух имеет массу, значит, он должен оказывать давление на Землю и все, что на ней находится. Так и есть, ученые подсчитали, что воздух атмосферы Земли оказывает на человека давление в 15 тонн (как три грузовика), но человек не чувствует этого, потому что в человеческом организме содержится достаточное количество воздуха, который оказывает давление такой же силы. Давление внутри и снаружи уравновешивается, поэтому человек ничего не ощущает.

Выясним, что происходит с воздухом при нагревании и охлаждении. Для этого проведем опыт: нагреем колбу со вставленной в нее стеклянной трубкой теплом своих рук и увидим, что из трубки в воду выходят пузырьки воздуха. Это происходит потому, что воздух в колбе при нагревании расширяется. Если накрыть колбу смоченной в холодной воде салфеткой, мы увидим, что вода из стакана по трубке поднимается вверх, потому что при охлаждении воздух сжимается.

Рис. 7. Свойства воздуха при нагревании и охлаждении ()

Чтобы узнать больше о свойствах воздуха, проведем еще один опыт: две колбы закрепим на трубке штатива. Они уравновешены.

Рис. 8. Опыт по определению движения воздуха

Но, если одну колбу нагреть, она поднимется выше другой, потому что горячий воздух легче холодного и поднимается вверх. Если над колбой с горячим воздухом закрепить полоски тонкой легкой бумаги, будет видно, как они трепещут и поднимаются вверх, показывая движение нагретого воздуха.

Рис. 9. Теплый воздух поднимается вверх

Знания этого свойства воздуха человек использовал при создании летательного аппарата - воздушного шара. Большая сфера, наполненная подогретым воздухом, поднимается высоко в небо и способна выдерживать вес нескольких человек.

Мы редко над этим задумываемся, но используем свойства воздуха каждый день: пальто, шапка или варежки не греют сами по себе - воздух в волокнах ткани плохо проводит тепло, поэтому, чем пушистее волокна, тем больше в них воздуха, а значит и теплее вещь, изготовленная из такой ткани.

Сжимаемость и упругость воздуха используют в надувных изделиях (надувные матрацы, мячи) и шинах различных механизмов (автомобили, велосипеды).

Рис. 14. Велосипедное колесо ()

Сжатый воздух может остановить на полном ходу даже железнодорожный состав. Воздушные тормоза установлены в автобусах, троллейбусах, составах метро. Воздух обеспечивает звучание духовых, ударных, клавишно-духовых инструментов. Когда барабанщик ударяет палочками по туго натянутой коже барабана, она колеблется, а воздух внутри барабана производит звук. В больницах установлены аппараты вентиляции легких: если человек не может самостоятельно дышать, его подключают к такому аппарату, который через специальную трубку подает в легкие обогащенный кислородом сжатый воздух. Сжатый воздух используют везде: в книгопечатании, строительстве, ремонте и др.

Маленькие дети часто спрашивают своих родителей о том, что такое и из чего обычно состоит воздух. Но не каждый взрослый может ответить правильно. Конечно, все изучали строение воздуха в школе на уроках природоведения, но с годами эти знания могли забыться. Попытаемся их восполнить.

Что такое Воздух?

Воздух - это уникальная «субстанция». Его нельзя увидеть, потрогать, он безвкусен. Именно поэтому так сложно дать четкое определение, что это такое. Обычно просто говорят - воздух, это то, чем мы дышим. Он находится вокруг нас, хотя мы его совсем не замечаем. Почувствовать его можно лишь, когда дует сильный ветер или появляется неприятный запах.

Что будет, если воздух исчезнет? Без него не может жить и работать ни один живой организм, а значит, все люди и животные погибнут. Он не обходим для процесса дыхания. Важное значение имеет, насколько чист и полезен воздух, которым все дышат.

Где найти свежий воздух?

Самый полезный воздух находится:

• В лесах, особенно сосновых.
• В горах.
• Около моря.

Воздух в этих местах отличается приятным ароматом и обладает полезными для организма свойствами. Это объясняет, почему детские оздоровительные лагеря и различные санатории располагаются неподалеку от лесных массивов, в горах или на морском побережье.

Насладиться свежим воздухом можно лишь подальше от города. По этой причине многие люди покупают дачные участки за пределами населенного пункта. Некоторые переезжают на временное или постоянное местожительство в деревню, строят там дома. Особенно часто так делают семьи с маленькими детьми. Люди уезжают, ведь воздух на территории города является сильно загрязненным.

Проблема загрязнения свежего воздуха

В современном мире проблема загрязнения окружающей среды особенно актуальна. Работа современных заводов, предприятий, атомных электростанций, автомобилей негативно отражается на природе. Они выкидывают в атмосферу вредные вещества, которые загрязняют атмосферу. Поэтому, очень часто люди в городских поселениях испытывают нехватку свежего воздуха, что очень опасно.

Серьезную проблему несет тяжелый воздух внутри плохо проветриваемого помещения, особенно если в нем находятся компьютеры и другая техника. Присутствуя в таком месте, человек может начать задыхаться от недостатка воздуха, у него появляются боли в голове, возникает слабость.

Если верить статистики, составленной Всемирной организацией здравоохранения, около 7 миллионов человеческих смертей в год связано с поглощением загрязненного воздуха на улице и в закрытых помещениях.

Вредный воздух - считается одной из главных причин возникновения такого ужасного заболевания, как рак. Так утверждают организации, занимающиеся изучением онкологических заболеваний.

Следовательно, необходимо принимать меры профилактики.

Как получить свежий воздух?

Человек будет здоров, если ежедневно сможет дышать свежим воздухом. Если нет возможности переехать за город из-за важной работы, отсутствия денег или по другим причинам, то необходимо искать выход из ситуации на месте. Чтобы организм получал необходимую норму свежего воздуха, следует придерживаться следующих правил:

1. Чаще бывать на улице, например, прогуливаться по вечерам в парках, садах.
2. Выезжать по выходным на прогулку в лес.
3. Постоянно проветривать жилые и рабочие помещения.
4. Посадить больше зеленых растений, особенно в рабочих кабинетах, где есть компьютеры.
5. Желательно раз в год посещать курорты, расположенные на море или в горах.

Из каких газов состоит воздух?

Ежедневно каждую секунду люди делают вдох и выдох, совершенно не задумываясь о воздухе. Люди никак не реагируют на него, несмотря на то, что он окружает их повсюду. Вопреки свой невесомости и невидимости для человеческого глаза, воздух имеет довольно сложную структуру. Он включает взаимосвязь нескольких газов:

• Азот.
• Кислород.
• Аргон.
• Углекислый газ.
• Неон.
• Метан.
• Гелий.
• Криптон.
• Водород.
• Ксенон.

Основную долю воздуха занимает азот , массовая доля которого равняется 78 процентам. 21 процент от общего числа приходится на кислород - самый незаменимый для жизни человека газ. Оставшиеся проценты занимают другие газы и водяной пар, из которого образовываются облака.

Может возникнуть вопрос, почему так мало кислорода, всего чуть больше 20%? Этот газ является реактивным. Поэтому, при увеличении его доли в атмосфере, значительно возрастет вероятность возникновения пожаров в мире.

Из чего состоит воздух, которым мы дышим?

Два главных газа, составляющие основу воздуха, которым мы дышим каждый день:

• Кислород.
• Углекислый газ.

Вдыхаем кислород, выдыхаем углекислый газ. Такую информацию знает каждый школьник. Но откуда берется кислород? Основной источник выработки кислорода - зеленые растения. Они же являются потребителями углекислого газа.

Интересно устроен мир. Во всех происходящих жизненных процессах соблюдается правило сохранения баланса. Если откуда-то что-то ушло, то куда-то что-то пришло. Так и с воздухом. Зеленые насаждения вырабатывают кислород, необходимый человечеству для дыхания. Люди потребляют кислород и выделяют углекислый газ, которым, в свою очередь, питаются растения. Благодаря этой системе взаимодействия, на планете Земля существуют жизнь.

Зная, из чего состоит воздух, которым мы дышим, и как сильно он загрязнен в современное время, необходимо беречь растительный мир планеты и делать все возможное для увеличения представителей зеленых растений.

Видео о составе воздуха

Трение о воздух, конечно, происходит, и при этом выделяется какое-то количество тепла, однако раскаляет обшивку спускаемого аппарата и заставляет пылать и взрываться летящие к земле болиды другой физический процесс, называемый аэродинамическим нагревом.

Как известно, впереди движущегося в газе со сверхзвуковой скоростью тела формируется ударная волна — тонкая переходная область, в которой происходит резкое, скачкообразное увеличение плотности, давления и скорости вещества. Естественно, при повышении давления газа он нагревается — резкое увеличение давления приводит к быстрому повышению температуры. Вторым фактором — это и есть собственно аэродинамический нагрев — становится торможение молекул газа в тонком слое, прилегающем непосредственно к поверхности движущегося объекта — энергия хаотичного движения молекул возрастает, и температура вновь растет. А уже горячий газ нагревает и само мчащееся на сверхзвуке тело, причем тепло переносится как с помощью теплопроводности, так и с помощью излучения. Правда излучение молекул газа начинает играть заметную роль при очень высоких скоростях, например, на 2-й космической.

С проблемой аэродинамического нагрева приходится сталкиваться не только конструкторам космических кораблей, но и разработчикам сверхзвуковых летательных аппаратов — тех, что никогда не покидают атмосферу.

Известно, что конструкторы первых в мире сверхзвуковых пассажирских самолетов — Concorde и Ту-144 — были вынуждены отказаться от идеи заставить свои самолеты летать со скоростью 3 Маха (пришлось довольствоваться «скромными» 2,3). Причина — аэродинамический нагрев. При такой скорости он раскалял бы обшивки лайнеров до таких температур, которые могли уже сказаться на прочности алюминиевых конструкций. Заменять же алюминий на титан или специальную сталь (как в военных проектах) было невозможно по экономическим соображениям. Кстати, о том, как решали проблему аэродинамического нагрева конструкторы знаменитого советского высотного перехватчика МиГ-25, можно прочитать в

Представьте себе, что в солнечный Весенний день вы прогуливаетесь по парку. Вам кажется, что вокруг вас, - между деревьями и гуляющими людьми - совершенно пустое пространство. Но вот срывается лёгкий ветерок, и вы сразу ощущаете, что окружающая нас «пустота» заполнена воздухом, что мы живём на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Частицы воздуха слабо связаны между собой и совершают беспрерывное хаотическое движение, вот почему воздушные массы постоянно перемещаются с места на место. Если бы воздух долгое время находился на одном и том же месте, мы давно бы задохнулись с вами, ребята. Кроме большой подвижности воздух обладает ещё одним важным свойством, каким не обладают твёрдые и жидкие тела. Воздух можно сжимать, другими словами, изменять его объём.
Чтобы лучше понять свойства воздуха, давайте познакомимся с его атомным строением. Если мы увеличим в несколько миллионов раз какой- нибудь крошечный пузырёк воздуха, то заметим, что воздух состоит из огромного количества частиц, которые свободно перемещаются, разлетаются во все стороны, сталкиваются между собой. Мы не видим упорядоченного расположения частиц (как в кристаллах), к тому же между отдельными частицами много свободного места (вы, наверное, помните, что в жидкости частицы расположены очень близко одна к другой). Именно поэтому воздух легко сжимается. Если у вас есть велосипедный насос, попробуйте сжать воздух, закрыв выходное отверстие. Передвигая поршень насоса, вы уменьшаете объём воздуха, т.е. приближаете частицы друг к другу. Рассматривая сжатый воздух, мы снова наблюдаем хаотическое движение частиц и сразу же замечаем, что теперь частицы более плотно заполняют пространство.
Ребята, вы, конечно, почувствовали, что для уменьшения объёма воздуха нужна некоторая сила, чтобы преодолеть постепенно увеличивающееся давление воздуха в насосе. Собственно, почему увеличивается давление воздуха в насосе? Нетрудно догадаться. Частицы воздуха, их содержится в одном кубическом сантиметре более 10.000.000.000.000.000.000 штук, находятся в беспрерывном движении. Они то и дело ударяются о металлические стенки насоса, т.е. давят на них. При уменьшении объёма воздуха частицы чаще ударяются о стенки. Следовательно, чем меньше объём воздуха, тем больше его давление. Вот, оказывается, почему приходится затратить немало сил, пока велосипедное колесо станет достаточно «твёрдым».
Все вещества, обладающие такими же свойствами, как воздух, физики называют газами. В одном кубическом сантиметре любого газа содержится примерно в 1000 раз меньше атомов, чем в таком же объёме жидкости или твёрдого тела.
Силы сцепления между атомами газов очень незначительные, именно поэтому газы оказывают небольшое сопротивление движению тел. Попробуйте сначала махнуть рукой в воздухе, а затем сделать такое же движение в воде. Вы заметили, какая огромная разница?
А сейчас предлагаем проделать такой опыт: возьмите два листа бумаги и, держа их вертикально на расстоянии 1 - 2 см друга от друга, сильно дуньте между ними. Казалось бы, листки должны расходиться, а они наоборот - сходятся. Это означает, что давление воздуха, находящегося между листами, вместо того, чтобы увеличиваться, уменьшается. Как можно объяснить данное явление? Выше мы выяснили, что давление газа на какую- нибудь «преграду» обусловлено ударами частиц об эту поверхность. В нашем опыте давление воздуха на листы бумаги с обеих сторон одинаково, поэтому листы свисают параллельно друг другу. При движении сильной воздушной струи частицы не успевают удариться о них столько раз, сколько бы они ударились в спокойном состоянии воздуха. Вот почему давление воздуха между листами уменьшается. А так как давление на наружную поверхность листов не изменилось, возникает разность давлений, в результате которой те притягиваются друг к другу. Собственно, можно взять только один лист бумаги и дунуть на него сбоку. Он обязательно будет несколько отклоняться в ту сторону, где движется поток воздуха.
С описанным явлением мы часто встречаемся в жизни. Благодаря этому летают птицы и самолёты. Вероятно, вы знаете, как создаётся подъёмная сила, действующая на крыло самолёта. Профиль крыла подбирают таким образом, чтобы скорость потока воздуха над крылом была больше, а давление меньше, чем под крылом. Разность этих давлений и создаёт подъёмную силу.
Всасывающее действие воздушной струи используется также в разнообразных насосах и пульверизаторах. Давайте «познакомимся» с пульверизатором для духов. Воздух из сжимаемой резиновой «грушки» выходит с большой скоростью через тонкую трубку А, суженную на конце. Рядом находится вторая трубка В, опущенная в сосуд с духами. Сильная струя воздуха создаёт разрежение в трубке В, атмосферное давление поднимает по трубке духи, которые, попав в струю воздуха, распыляются.
Далеко не всегда разрежение, созданное потоком воздуха, служит человеку. Иногда оно приносит большой вред. Например, во время сильных ураганов в результате стремительных потоков воздуха, несущихся над домами, так резко уменьшается давление на поверхности крыши, что ветер срывает её.
Снижение давления наблюдается также и в потоке жидкости, причём ещё более отчётливо, так как по сравнению с газами жидкости имеют более «плотное» атомное строение. В этой связи хочется напомнить об опасностях, угрожающих на реке. Две лодки или байдарки, плывущие рядом, будут «притягиваться» друг к другу, так как скорость движения воды между ними больше, а давление меньше, чем с другой стороны лодок.
Никогда не подплывайте на лодке слишком близко к бетонному побережью, а тем более к опоре моста. При быстром течении реки бетонные стенки или опоры сильно притягивают лодки. Они особенно опасны для легкомысленных пловцов, рискующих своей жизнью. Во время летнего отдыха на реке помните о простом опыте с двумя листками бумаги.