Эта история началась более полувека назад, но не получила развязки и по сей день. А всё потому, что, как бы ни старались тысячи пытливых умов со всей планеты, им никак не удаётся найти единственно верное решение Мпембы.

В 1963 году неприметный африканский ученик по имени Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) подметил одну странность: тёплая смесь для мороженого застывает быстрее, чем охлаждённая.

Наблюдение казалось настолько неправдоподобным, что учителю физики оставалось лишь посмеяться над открытием незадачливого экспериментатора. Однако Эрасто был уверен в своей правоте и не побоялся снова стать посмешищем: чуть позже он поднял скользкий вопрос перед Денисом Осборном (Denis Osborne), профессором Университета Дар-эс-Салам, Танзания. Учёный не стал бросаться поспешными выводами и решил изучить проблему. После чего в 1969 году журнал Physics Education опубликовал материал, описывающий парадокс Мпембы.

В научных кругах тут же припомнили, что нечто похожее уже говорили величайшие умы былых времён. Например, ещё упоминал о жителях древнегреческого Понта, которые во время зимней рыбалки нагревали воду и мочили в ней тростник, чтобы тот быстрее затвердевал. Многие столетия спустя Фрэнсис Бэкон писал: «Слегка прохладная вода замерзает гораздо легче, чем совершенно холодная».

В общем, вопрос стар как мир, но это лишь подогревает интерес к разгадке. На протяжении нескольких последних десятилетий выдвигалось немало теорий, объясняющих эффект Мпембы. Наиболее вероятные из них были озвучены в 2013 году на торжественном мероприятии, проведённом Королевским химическим обществом Великобритании. Профессиональная ассоциация изучила 22 000 (!) мнений и выделила среди них лишь одно, принадлежащее Николе Бреговичу (Nikola Bregović).

Хорватский химик указал на важность процессов конвекции и переохлаждения жидкости при её замерзании.

Вот как эти явления описаны в «Википедии»:

• Холодная вода начинает замерзать сверху, замедляя тем самым процессы теплового излучения и конвекции, а значит, и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу.
• Переохлаждённая жидкость - жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации.

Всемирное и чек на 1 000 фунтов стали хорошим вознаграждением. К слову, победителя приветствовали Эрасто Мпемба и Денис Осборн.

scienceblogs.com

Какой должна быть температура воды перед заморозкой

На этот вопрос однозначного ответа всё же нет. Королевское химическое общество хоть и определилось, но не прекратило споры окончательно. До сих пор выдвигаются новые гипотезы и звучат опровержения.

Хотя есть небольшая зацепка: научно-популярный журнал New Scientist провёл исследования и пришёл к выводу, что наилучшие условия для повторения эффекта Мпембы - две ёмкости воды с температурой 35 и 5 °C.

Таким образом, если до вечеринки осталось совсем немного времени, залейте в воду, температура которой сравнима с комнатной температурой жарким летом. Колодезную или прохладную водопроводную воду лучше не использовать.

Цели и задачи:

Образовательные: знакомить с различными свойствами воды и льда, развивать представления о физических явлениях таяния и замораживания, формировать опыт выполнения правил техники безопасности при проведении физических экспериментов.

Воспитательные: развивать эмоционально-ценностное отношение к окружающему миру, поддерживать у детей инициативу, развивать сообразительность, пытливость, критичность, самостоятельность.

Развивающие: формировать у детей диалектическое мышление, т.е. способность видеть многообразие мира в системе взаимосвязей и взаимозависимостей; развить собственный познавательный опыт в с помощью наглядных средств; расширять перспективы развития поисково-познавательной деятельности путем включения их в мыслительные, моделирующие и преобразующие действия.

Оборудование и материалы:

Непрозрачные бутылочки с крышками;

Прозрачные стаканчики по два на команду: один наполнен водой;

Заранее замороженные кубики льда обычные (на каждого ребёнка) и подкрашенные, (Желательно, чтобы лед был не подтаявшим, и таять начинал тогда, когда дети начнут брать его в руки. Один из кубиков на столе у воспитателя должен быть подтаявшим, чтобы можно было продемонстрировать лужицу талой воды как иллюстрацию к процессу таяния);

Клеёнки на столы;

Небольшие картинки по количеству команд для определения прозрачности;

Варежки по 1 паре на команду;

Листы бумаги; блюдца для льда.

Предварительная работа:

Непосредственное знакомство с основными свойствами воды опытным путём.

Ход занятия.

Введение.

Определение направления деятельности. Дети собираются на коврике вокруг воспитателя.

Воспитатель: Ребята, сегодня нам предстоит не совсем обычная работа. Предлагаю вам сделать открытие, раскрыть тайну. Давайте для начала определим, какую тайну, тайну чего? О чём мы будем говорить? Я загадаю вам загадки. Они помогут ответить на этот вопрос.

Что в гору не выкатить,
В решете не унести,
И в руках не удержать. (Вода.)

Меня ждут, не дождутся,
А как увидят – разбегутся. (Дождь.)

Не драгоценный камень,
А весь блестит и светится. (Лёд.)

Я из воды, а с воздуха летаю.
Как пух лежу я на полях,
Как алмаз блещу при солнечных лучах. (Снег.)

Закипел наш чугунок,
Из него пошёл дымок. (Пар.)

Я и туча, и туман,
И ручей, и океан,
Я летаю и бегу,
И стеклянной быть могу. (Вода.)

Правильно. Вы разгадали первую тайну. Мы сегодня будем говорить о воде. А вы знаете, что вода – самое волшебное, самое таинственное вещество на земле? Какое волшебство связано с водой? (ответы детей). Не угадали. Попробую вам помочь. На столах стоят таинственные бутылочки. Что там? Вторая тайна. Но к столам может подойти только тот, кто подберёт противоположное слово, слово наоборот. (Поскольку в ходе занятия анализируются взаимоисключающие отношения, активизируем детский опыт оперирования противоположными отношениями. Одним из способов такой активизации может быть игра-упражнение «Наоборот».)

Слова для упражнения: холодный, горький, высокий, толстый, большой, дневной, плохой, весёлый, умный, широкий, дорогой, светлый, красивый, быстрый.

А сейчас, не открывая бутылочки, попробуйте отгадать, что внутри. (Вспоминаем, как надо трясти бутылочку, как правильно нюхать, можно ли вылить на ладошку и посмотреть? – закрепляются правила безопасности при проведении опытов.) Как вы думаете, одно и то же вещество находится в бутылочках? Почему? Даже не знаю, правильно это или нет…. Так и быть, открываем вторую тайну. Выливайте содержимое бутылочек в стаканы. Что это? (Вода и лёд.) Так что же умеет делать вода? (Превращаться в лёд.) И это её великая тайна. Какие ещё вещества вы видели, которые могут превращаться во что-то?

Часть 1. Изучаем лёд и воду.

Вот вы мне сказали, что это разное вещество. Так ли это? Проверим? Ребята, что мы знаем о воде? (Прозрачная, течёт, не имеет формы, запаха, вкуса, умеет растворять некоторые вещества, бывает холодной, тёплой, горячей.) По ходу работы на доске символами отмечаются ответы детей.

А что мы знаем про лёд? Дети перечисляют характеристики льда: твёрдый, холодный, непрозрачный, имеет форму и т.д. Характеристики льда отмечаются на доске так, чтобы характеристики одного свойства были напротив для удобства сравнивания.Например: вода прозрачная, а лед нет, лед твердый, а вода… По ходу работы идёт сравнение: – где сходство, а где – различие. Для демонстрации характеристик воды и льда мы используем прозрачные емкости с водой и льдом, проверяя каждое утверждение.Важно, чтобы прозвучала характеристика льда «скользкий». Если дети ее сами не называют, им можно помочь: «А легко ли лед удержать на ровной ладошке или двумя пальцами Смотрите, он выпрыгивает из ладошки!»

Подведём итог: вода и лед – совсем разные! Лед и вода не одно и то же, они отличаются! А вот в стихотворении говорится, что «ледышка – такая, как водичка»!

Я – холодная ледышка!
Я – такая, как водичка!
Лишь холодною зимой
Можешь ты играть со мной.

Странно! Почему автор так сказал? А действительно, бывает ли такое чудо (но не в сказке, а в жизни), что это лед и вода одновременно? (Если возникнет затруднение, предложить взять лёд в ладошку.) Необходимо дождаться ответа детей, что лед тает и превращается в воду, и что вода замерзает и превращается в лед. Получается, что когда лед тает или вода только замерзает, то мы имеем дело одновременно и со льдом, и с водой! Поздравляю! Вы раскрыли третью тайну! Самую волшебную: лёд и вода совсем разные, не похожи друг на друга, а могут превращаться друг в друга, даже одновременно могут быть. А кто сможет нам раскрыть четвёртую тайну? Что за волшебная палочка делает эти превращения? Эту тайну поможет раскрыть опыт: возьмите в ладошку льдинку. Что превращает её в воду? (тепло наших рук). А как обратно превратить воду в лёд? Вынести на мороз. Значит, волшебной палочкой в нашем превращении является температура или тепло. Если она высокая, тёплая, то в ладошке – вода. Если низкая, холодная – лёд. Хотите посмотреть, как это происходит? Выходите на коврик.

Часть 2. Игра-опыт.

Мы превратимся в капельки и тоже побываем в разных состояниях. Когда вода находится в твердом состоянии, то ее молекулы – маленькие капельки, очень плотно прижимаются друг к другу, как будто им холодно – они замерзли. Давайте мы встанем близко друг к другу и станем плотным кусочком льда.
А когда вода находится в жидком состоянии, то ее молекулы берутся за ручки и могут двигаться и менять положение. Мы тоже возьмемся за руки и попробуем походить по комнате по кругу и змейкой, как будто ручеек бежит весной.
огда температура поднимается и становится совсем жарко, то ее молекулы отпускают ручки друг друга и разлетаются – получается пар, как из чайника. И мы разомкнем наши руки и свободно побегаем, как легкие капельки пара.

Часть 3. Игры со льдом. (Могут быть проведены в свободное время, во второй половине дня, на прогулке.)
- Замораживайте воду, используя различные емкости(формочки для льда, чашку или тарелку, пластиковые стаканчики или формочки для куличей).Для разнообразия можно замораживать подкрашенную воду. А если изготовить побольше кубиков и кирпичиков из цветного льда, то можно вынести их на улицу и построить крепость.
- Цветными кубиками льда можно рисовать. Достаточно положить их на лист бумаги и подождать, когда они растают, а цветные потоки перемешаются в произвольном порядке. Затем надо высушить бумагу, и картина готова. А можно, прежде, чем поставить формочки в холодильник, воткнуть в каждую из них по зубочистке. Держась за нее, можно рисовать на бумаге цветными кубиками льда.

Заключение.

Воспитатель: «Мы с вами сегодня узнали, что лед и вода не похожи, а еще, что бывают такие чудесные моменты, когда лед и вода есть одновременно, когда лед превращается в воду, и наоборот. Записи на доске я оставлю, они помогут вам вспомнить о чудесном превращении. А вдруг вечером придут ваши родители и удивятся – что это за непонятные значки на доске? А как вы им объясните? О чем расскажете? О превращении льда в воду, и наоборот.

Эта история началась более полувека назад, но не получила развязки и по сей день. А всё потому, что, как бы ни старались тысячи пытливых умов со всей планеты, им никак не удаётся найти единственно верное решение Мпембы.

В 1963 году неприметный африканский ученик по имени Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) подметил одну странность: тёплая смесь для мороженого застывает быстрее, чем охлаждённая.

Наблюдение казалось настолько неправдоподобным, что учителю физики оставалось лишь посмеяться над открытием незадачливого экспериментатора. Однако Эрасто был уверен в своей правоте и не побоялся снова стать посмешищем: чуть позже он поднял скользкий вопрос перед Денисом Осборном (Denis Osborne), профессором Университета Дар-эс-Салам, Танзания. Учёный не стал бросаться поспешными выводами и решил изучить проблему. После чего в 1969 году журнал Physics Education опубликовал материал, описывающий парадокс Мпембы.

В научных кругах тут же припомнили, что нечто похожее уже говорили величайшие умы былых времён. Например, ещё упоминал о жителях древнегреческого Понта, которые во время зимней рыбалки нагревали воду и мочили в ней тростник, чтобы тот быстрее затвердевал. Многие столетия спустя Фрэнсис Бэкон писал: «Слегка прохладная вода замерзает гораздо легче, чем совершенно холодная».

В общем, вопрос стар как мир, но это лишь подогревает интерес к разгадке. На протяжении нескольких последних десятилетий выдвигалось немало теорий, объясняющих эффект Мпембы. Наиболее вероятные из них были озвучены в 2013 году на торжественном мероприятии, проведённом Королевским химическим обществом Великобритании. Профессиональная ассоциация изучила 22 000 (!) мнений и выделила среди них лишь одно, принадлежащее Николе Бреговичу (Nikola Bregović).

Хорватский химик указал на важность процессов конвекции и переохлаждения жидкости при её замерзании.

Вот как эти явления описаны в «Википедии»:

• Холодная вода начинает замерзать сверху, замедляя тем самым процессы теплового излучения и конвекции, а значит, и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу.
• Переохлаждённая жидкость - жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации.

Всемирное и чек на 1 000 фунтов стали хорошим вознаграждением. К слову, победителя приветствовали Эрасто Мпемба и Денис Осборн.

scienceblogs.com

Какой должна быть температура воды перед заморозкой

На этот вопрос однозначного ответа всё же нет. Королевское химическое общество хоть и определилось, но не прекратило споры окончательно. До сих пор выдвигаются новые гипотезы и звучат опровержения.

Хотя есть небольшая зацепка: научно-популярный журнал New Scientist провёл исследования и пришёл к выводу, что наилучшие условия для повторения эффекта Мпембы - две ёмкости воды с температурой 35 и 5 °C.

Таким образом, если до вечеринки осталось совсем немного времени, залейте в воду, температура которой сравнима с комнатной температурой жарким летом. Колодезную или прохладную водопроводную воду лучше не использовать.

Первым признаком зимы является плавающий на поверхности прудов и озер лед. Это может показаться тривиальным и не очень важным, но если бы вода вела себя аналогично практически всем другим жидкостям, никто бы не смог кататься на коньках на пруду, потому что лед опускался бы на дно сразу же после своего образования. Что еще хуже, Земля в этом случае, по-видимому, была бы безжизненной пустыней, так как большая часть воды лежала бы в виде льда на дне океанов, озер и рек.

Большинство жидкостей сжимаются при охлаждении, уменьшаясь в объеме и увеличивая свою плотность. Например, твердый свечной воск опускается на дно миски с более горячим расплавленным воском. Вода также сжимается, но только до тех пор, пока не достигнет 4°С (39°F). Ниже этой температуры вода начинает расширяться и ее плотность уменьшается. Поэтому лед легче воды, находящейся вблизи точки замерзания, и как результат, он плавает.

Как вода замерзает

1. Вода в пруду, охлажденная до 4°С (39°F), становится плотнее и опускается на дно. Более теплая и поэтому более легкая вода поднимается к поверхности, охлаждается и также опускается вниз.
2. Когда последняя порция воды охладится до 4°С (39°F), конвекция, под действием которой холодная вода опускается вниз, а более теплая вода поднимается вверх, прекращается. В этом случае вся вода имеет одинаковую температуру. Плотность воды также одинакова.
3. Когда вода в поверхностном слое охладится ниже 4°С (39°F), она расширяется и становится менее плотной. Поскольку вода при 3°С (37°F) легче, чем при 4°С (s39°F), более холодная вода остается наверху.
4. Поверхностный слой воды продолжает охлаждаться с дальнейшим уменьшением плотности. Наконец, при 0°С (32°F) поверхностный слой воды превращается в лед.

Температурное расширение и плотность воды

При температурах выше 4°С (39°F) вода при охлаждении сжимается, достигая своей наибольшей плотности при 4°С. Однако, если охлаждение продолжается и температура падает ниже 4°С, вода начинает расширяться и ее плотность уменьшается. Количественно плотность равна массе единицы объема вещества и обычно измеряется в г/см 3 .

Воск и лед замерзают по-разному

На поверхности кубика льда образуется выпуклость (левый рисунок), потому что вода в центре кубика замерзает последней и, расширяясь по мере замерзания, может только подниматься вверх. В противоположность этому, в верхней части кубика воска образуется углубление, потому что воск (средний рисунок) сжимается после затвердевания. Жидкости, сжимающиеся при замерзании равномерно (правый рисунок) формируют вогнутую поверхность.

Время года и температура воды в озере

Летом вода теплее у поверхности, чем в глубине. Зимой озеро может покрыться льдом, и вода в глубине станет теплее, чем на поверхности.

Или как превращаем воду в лед . Фокусник берет бумажный стакан и наливает в него немного воды. После этого фокусник, держа стакан в руках, дует на него или даже делает магические пассы руками. После этого фокусник встряхивает стакан, и зрители слышат характерные постукивания льдинок о стенки бумажного стакана . Фокусник переворачивает стакан и из стакана на стол вместо воды падают кусочки льда. Вода, налитая фокусником на глазах у зрителей в стакан, превратилась в льдинки .

Секрет фокуса превращаем воду в лед

Для фокуса по превращению воды в лед вам понадобятся бумажный стаканчик, салфетки, вода и лед.

Этот фокус очень простой и его с легкостью могут показывать даже дети. Секрет фокуса для детей превращаем воду в лёд заключается в предварительной подготовке стакана. Стакан должен быть непрозрачным, чтобы зрители не увидели то, что стакан специально подготовлен для фокуса . Естественно, что льдинки мы должны положить в стакан заранее, но куда же девается вода, наливаемая фокусником в бумажный стакан? Итак, предварительно готовя фокус, фокусник сначала укладывает в стакан несколько бумажных хорошо впитывающих салфеток. Две или три салфетки. Вместо салфеток также подойдут несколько листов бумажных полотенец. Главное, что бы салфетки хорошо впитывали воду. Попробуйте перевернуть стакан с салфетками, они не должны выпадать из стакана.

После того как салфетки были предварительно положены в стакан, фокусник кладет в стакан несколько кусочков льда. Подготовка к фокусу превращаем воду в лед завершена.

В подготовленный бумажный стакан фокусник наливает немного воды. Не переборщите с наливанием воды. Бумажные салфетки должны хорошо впитывать воду, но они не бездонные. Когда фокусник встряхивает стакан, чтобы зрители услышали звук льдинок, фокусник преследует еще одну цель, что бы случайно не впитавшаяся в салфетки вода равномерно распределилась и впиталась в сухие участки. Если налить слишком много воды при переворачивании стакана под тяжестью впитавшейся воды салфетки могут выпасть из стакана вместе с льдинками. Это может смазать