Ледяная выпуклость команда «Лицей БГУ 10» Республиканский турнир юных физиков 2007г.

Условие: Наполните пластиковый лоток (контейнер) водой. При замораживании воды при некоторых условиях на поверхности льда появляется выпуклость. Исследуйте данное явление качественно и количественно. Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Этапы: Качественно объяснить наблюдаемые явления Выявить ключевые зависимости Привести математическое описание Научиться прогнозировать результаты экспериментов, основываясь на математической модели Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Качественное объяснение Выпуклость образуется вследствие расширения воды при замерзании. Промерзание со стенок Вытеснение некоторого объема воды Повторение процесса В результате появление выпуклости Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Математическая модель общего условия Закон сохранения массы Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» r dh h0h0 R

Гипотеза решения расширенного условия Промерзание из центра Вытеснение некоторого объема воды Повторение процесса В результате появление вогнутости Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Математическая модель расширенного условия Закон сохранения массы Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» dh

Замораживание в бытовых холодильниках Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Оптимизация условий замораживания Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Видео эксперимента Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» Видео эксперимента:

Сопоставление модели и результатов экспериментов Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» h,мм r,мм

Сопоставление модели и результатов экспериментов Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» Сопоставление модели и результатов экспериментов

Замораживание сверху Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» Лед Вода Силы давления +деформация сосуда

Замораживание со дна Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10» Лед Вода

Сосуды прямоугольного сечения В углах сосуда теплообмен жидкости происходит с двумя стенками Толщина льда от углов будет увеличиваться с большей скоростью Выпуклость эллиптической формы Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Восковая вогнутость Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Проведение практических аналогий Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Итоги Предложено качественное объяснение появления выпуклости Выведены формулы поверхности выпуклости для замораживания со стенок и из центра Предложены условия образования вогнутости Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Итоги Изучены формы выпуклостей в сосудах не цилиндрической формы, а сосудах прямоугольного сечения Осуществлено графическое сопоставление математической модели и результатов опытов Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Выводы Выпуклость образуется в результате промерзания воды со стенок Контур поверхности выпуклости в разрезе сбоку напоминает гиперболу При промерзании со дна и сверху выпуклости не формируется Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Выводы Образование вогнутости обеспечивает промерзание из центра Выпуклость в сосудах прямоугольного сечения не имеет углов и её основание напоминает фигуру основания сосуда со срезанными углами Если замораживать вещества, которые уменьшаются в объёме при переходе в твёрдое состояние, образуется вогнутость Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Спасибо за внимание Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»

Заморозка соляного раствора:

Уточнение модели:

Список литературы Республиканский ТЮФ 2007г.«Лицей БГУ 10»