Коллекция заблуждений: входящий в атмосферу космический корабль нагревается от трения об воздух. Из чего состоит воздух? Состав и свойства Рисунок как располагаются частицы воздуха при нагревании

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

У воздуха есть еще одно интересное свойство - он плохо проводит тепло. Многие растения, зимующие под снегом, не замерзают, потому что между холодными частицами снега много воздуха и снежный сугроб напоминает теплое одеяло, укрывающее стеб­ли и корни растений. Осенью белочка, заяц, волк, лиса и другие звери линяют. Зимний мех гуще и пышнее, чем летний. Между густыми волосками задерживается больше воздуха, и животным в заснеженном лесу не страшен мороз.

(Учитель записывает на доске.)

Воздух плохо проводит тепло.

Итак, какие свойства имеет воздух?

V. Физкультминутка

VI. Закрепление изученного материала Выполнение заданий в рабочей тетради

№ 1 (с. 18).

- Прочитайте задание. Рассмотрите рисунок и подпишите на схеме, какие газообразные вещества входят в состав воз­духа.(самопроверка со схемой в учебнике на с. 46.)

№2 (с. 19).

Прочитайте задание. Запишите свойства воздуха. (После выполнения задания проводится самопроверка с записями на доске.)

№3(с. 19).

- Прочитайте задание. Какие свойства воздуха нужно учиты­вать, чтобы правильно выполнить задание? (При нагревании воздух расширяется, при охлаждении сжимается.)

Как объяснить, что воздух при нагревании расширяется? Что происходит с частицами, из которых он состоит? (Ча­стицы начинают двигаться быстрее, и промежутки между ними увеличиваются.)

Нарисуйте в первом прямоугольнике, как располагаются частицы воздуха при нагревании.

Как объяснить, что воздух при охлаждении сжимается? Что происходит с частицами, из которых он состоит? (Частицы начинают двигаться медленнее, и промежутки между ними уменьшаются.)

- Нарисуйте во втором прямоугольнике, как располагаются частицы воздуха при охлаждении.

№4 (с. 19).

- Прочитайте задание. Какое свойство воздуха объясняет это явление? (Воздух плохо проводит тепло.)

VII. Рефлексия

Работа в группах

Прочитайте первое задание в учебнике на с. 48. Попробуйте объяснить свойства воздуха.

Прочитайте второе задание на с. 48. Выполните его.

Что загрязняет воздух? (Промышленные предприятия, транс­порт.)

Беседа

Неподалеку от моего дома есть фабрика. Из моих окон видна высокая кирпичная труба. Из нее день и ночь валят черные густые клубы дыма, отчего горизонт вечно прячется за плотной серо­зной завесой. Порой так и кажется, будто это заядлый куриль­щик окуривает город своей неугасаемой гулливерской трубкой. Мы все кашляем, чихаем, кое-кого приходится даже укладывать в больницу. А «курильщику» хоть бы что: знай себе пых да пых, пых да пых.

Дети плачут: противная фабрика! Взрослые сердятся: немед­ленно закрыть!

А в ответ все слышат: как так «противная»?! Как так «за­крыть»?! Наша фабрика товары для людей выпускает. А, к сожа­лению, дыма без огня не бывает. Загасим пламя топок - фабрика остановится, товаров не будет.

Как-то поутру проснулась я, глянула в окно - не дымит! Перестал великан курить, фабрика на месте, труба по-прежнему тор­чит, а дыма нет. Интересно, надолго ли? Однако вижу: и завтра не дымит, и послезавтра, и послепослезавтра... Неужто фабрику вовсе закрыли?

А дым куда же подевался? Сами ведь говорили, что дыма без огня не бывает.

Вскоре выяснилось: услышали наконец бесконечные наши жалобы - приладили к фабричной трубе дымоуловители, дымо­ловку, которая не позволяет частичкам сажи вылетать из трубы.

И вот что интересно. Казалось бы, никому не нужный и даже вредный дым заставили делать доброе дело. Его (вернее, сажу) теперь здесь бережно собирают и отправляют на завод пластмасс. Кто знает, быть может, этот мой фломастер как раз из той самой сажи, пойманной дымоловками. Словом, польза от дымоловок всем: и нам, горожанам (мы больше не болеем), и самой фабрике (она сажу продает, а не пускает, как прежде, на ветер), и покупа­телям пластмассовых изделий (в том числе фломастеров).

Назовите способы охраны чистоты воздуха. (Установки для очистки воздуха, электромобили.)

- Чтобы очистить воздух, люди сажают деревья. Почему? (Ра­стения поглощают углекислый газ, а выделяют кислород.)

Давайте внимательно рассмотрим листочек дерева. Нижняя поверхность листа покрыта прозрачной пленочкой и усеяна очень мелкими отверстиями. Их называют «устьица», хорошенько раз­глядеть их можно только в лупу. Они то открываются, то закрыва­ются, собирая углекислый газ. При свете солнца из воды, которая поднимается от корней по стеблям растений, и углекислого газа в зеленых листьях образуются сахар, крахмал, кислород.

Не зря растения называют «легкими планеты».

Какой чудесный воздух в лесу! В нем много кислорода и полез­ных веществ. Ведь деревья выделяют особые летучие вещества - фитонциды, которые убивают бактерии. Смолистые запахи ели и сосны, аромат березы, дуба, лиственницы очень полезны для человека. А вот в городах воздух совсем другой. Он пахнет бензи­ном, выхлопными газами, ведь в городах много машин, работают фабрики, заводы, которые тоже загрязняют воздух. Дышать таким воздухом человеку вредно. Чтобы очистить воздух, мы сажаем де­ревья, кустарники: липы, тополя, сирень.

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.

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.

Воздух и его охрана

Воздух - это смесь газов. В состав воздуха входят: кислород, азот, углекислый газ. Больше всего в составе воздуха азота.

Свойства воздуха

1. Воздух прозрачен
2. Воздух бесцветен
3. Чистый воздух не имеет запаха

Что происходит с воздухом при нагревании и охлаждении?
При нагревании воздух расширяется.
При охлаждении воздух сжимается.

Почему при нагревании воздух расширяется, а при охлаждении сжимается?
Воздух состоит из частиц, между которыми есть промежутки. Частицы постоянно движутся, часто сталкиваются. Когда воздух нагревается, они начинают двигаться быстрее, сталкиваются сильнее. Из-за этого они отскакивают на большее расстояние друг от друга. Промежутки между ними увеличиваются, и воздух расширяется. При охлаждении воздуха всё происходит наоборот.

Отгадай загадку.
Через нос проходит в грудь
И обратный держит путь.
Он невидимый, и всё же
Без него мы жить не можем.
Ответ: Воздух

Запиши ответ. Чем мы дышим?
Ответ: Мы дышим воздухом

Рассмотри рисунки. Где воздух будет самый чистый? Закрась кружочек под этим рисунком.

Запиши свойства чистого воздуха.
Воздух прозрачен, он не имеет цвета, не имеет запаха.

Воздух может согревать вас.
Одежда согревает вас не сама по себе, а потому, что она препятствует вашему телу терять тепло. Одежда хорошая ловушка для воздуха. Тепло вашего тела не может проникнуть сквозь пойманный , так как он является изолятором . Плотная зимняя одежда также задерживает много воздуха. Шерстяная одежда очень тёплая потому, что между шерстинками задерживается много воздуха. Птицы зимой стараются нахохлиться, чтобы вобрать между перьями как можно больше воздуха. Воздух между двойными стеклами также служит для теплоизоляции. Снег - хороший изолятор, потому что он задерживает воздух. Путники, застигнутые бураном, выкапывают в снегу укрытия, чтобы согреться.

Ответь на вопросы.
Что находится между стёклами окон? Ответ: Воздух
Под каким снегом растениям теплее: пушистым или утоптанным? Ответ: Под пушистым снегом растениям теплее.

Человеку и другим живым существам для дыхания нужен чистый воздух. Но во многих местах, особенно в больших городах, он загрязнён. Некоторые фабрики и заводы выбрасывают из своих труб ядовитые газы, сажу, пыль. Автомобили выделяют отработанные газы, в которых очень много вредных веществ.
Загрязнение воздуха угрожает здоровью людей, всей жизни на Земле!
Сейчас во многих отраслях промышленности установили контроль над уровнем токсичных веществ. Благодаря этим мерам воздух остается достаточно чистым и безопасным для жизнедеятельности. Сегодня заводы строят как можно дальше от города. Ученые помогают промышленникам найти решения проблемы, связанной с загрязнением воздуха. Например, они разработали для машин выхлопную трубу, эффективно фильтрующую отработанные газы. Создали новые автомобили - электромобили, которые не будут загрязнять воздух.
В разных местах созданы специальные станции, они следят за чистотой воздуха в больших городах, ежедневно измеряя чистоту воздуха, они предоставляют информацию и контролируют ситуацию.