Маленькие дети часто задают вопросы своим родителям, которые кажутся взрослым нелепыми, поэтому человеку трудно на них ответить. Одним из таких вопросов является следующий: почему вода мокрая? Но если рассмотреть его с научной точки зрения, то он окажется не таким и нелепым.
Мокрый предмет - что это означает?
Прежде чем отвечать на вопрос о том, почему вода мокрая, необходимо рассмотреть само понятие "мокрый". Человек под этим словом понимает такое состояние предмета, при котором на его поверхности присутствует какая-либо жидкость. Здесь важно понимать, что этой жидкостью не обязательно является вода, хотя в большинстве случаев речь идет именно об этой субстанции.
Противоположным мокрому является сухой предмет, то есть на нем не присутствует жидкость.
Что представляет собой вода?
Чтобы понять, почему вода мокрая, необходимо рассмотреть, что представляет собой это вещество. Сразу следует отметить, что оно может быть в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), газообразном (водяной пар) и жидком (собственно вода). Только в последнем состоянии вода может быть мокрой.
С химической точки зрения вода образована молекулами H 2 O. Они состоят из трех атомов (2 водорода и 1 кислорода). Атом кислорода намного больше такового для водорода, его электроны электростатически связаны намного прочнее, чем единственный электрон с единственным протоном у водорода. Последний факт приводит к тому, что при образовании молекулы H 2 O атом кислорода перетягивает на себя электроны водорода, то есть становится частично отрицательным. Потеряв при образовании химической связи свой электрон, атом водорода приобретает частично положительный электрический заряд. Такое состояние молекулы H 2 O называют поляризованным. Именно этот эффект лежит в основе "мокрой" воды.
Адгезионные и когезионные силы
Продолжая рассматривать вопрос, почему вода мокрая, перейдем теперь к описанию процессов, происходящих на молекулярном уровне в толще воды и на ее поверхности. Для этого введем два понятия: когезия и адгезия.
Под первым понимают способность молекул вещества притягиваться друг к другу. Благодаря когезии жидкая вода не выливается самопроизвольно из сосуда, в котором она находится. Когезионные силы обусловлены электростатическим взаимодействием между полярными молекулами H 2 O. В них к частично отрицательному атому O - некоторой молекулы притягиваются частично положительные атомы H + других молекул.
Если речь идет о толще воды, то результирующая сила, действующая на рассматриваемую молекулу со стороны ее соседей, равна нулю, поскольку все они компенсируют друг друга. Если же рассматривать водную поверхность, то результирующая сила будет отличной от нуля. Она направлена в толщу жидкости и стремится как бы втянуть молекулы с поверхности на глубину. Это явление приводит к возникновению поверхностного натяжения.
Под адгезией понимают силовое взаимодействие между молекулами разных веществ. Здесь мы сталкиваемся с явлением смачиваемости.
Почему вода мокрая?
Наконец, мы вплотную подошли к ответу на этот вопрос. Вода мокрая, потому что она смачивает поверхности других тел. Последний факт объясняется тем, что адгезионное взаимодействие с поверхностью предмета оказывается сильнее, чем силы когезии между молекулами этой жидкости.
В качестве примера противоположности можно назвать жидкую ртуть. Она не смачивает практически никакие твердые предметы, поскольку взаимодействия между атомами Hg значительны и превосходят любые адгезионные силы.
Бывает ли вода более мокрой или менее мокрой?
Пожалуй, этот вопрос звучит еще более непривычно, чем тот, который рассматривается в статье. Как бы странно это ни звучало, но ответ на него является положительным: да, вода может быть более или менее мокрой.
Как было объяснено выше, это свойство жидкостей связано с соотношением сил адгезии и когезии, которое, в свою очередь, коррелирует с поверхностным натяжением. Чем сильнее последнее, тем больше когезионные силы, и тем менее мокрой будет вода. Аналогичные рассуждения можно провести и наоборот.
Имеет ли место полученное умозаключение на практике? Конечно же, имеет. Ярким примером "очень мокрой" воды является субстанция с растворенными в ней моющими средствами. Они приводят к значительному снижению поверхностного натяжения для H 2 O, поэтому вода начинает легко "прилипать" к грязной посуде, что улучшает ее моющие свойства.
Вода мокрая или сырая?
Ответ на этот вопрос предполагает знание не только значений слов в русском языке, но также и законов физики, описанных выше в статье.
Итак, разница между словами "мокрый" и "сырой" заключается в уровне влажности рассматриваемого предмета. Если он является слишком высоким, так, что с него аж капает вода, тогда говорят о "мокроте", и наоборот, если влажность имеется, но она не настолько велика, чтобы вода капала с намоченного предмета, тогда используют прилагательное "сырой".
Возвращаясь к воде, можно сказать следующее: когда эта жидкость смачивает какой-либо твердый предмет, то на его поверхности возникает слой из молекул H 2 O, локальная концентрация которых составляет 100% (максимальный уровень влажности). Соответственно, концентрация молекул H 2 O в самой воде также 100%. Приведенные доводы позволяют говорить, что вода является именно мокрой, а не сырой.
Сырым можно назвать воздух, когда молекулы водяного пара находятся в нем при концентрациях ниже 100%. Сырым также можно назвать полотенце, если им вытерли мокрый стол, и если с него не капает вода.
Другие "неудобные" вопросы детей
Почему вода мокрая, а небо голубое? С первой частью вопроса мы уже разобрались. Что касается цвета неба, то для его понимания следует применить знания уже из другого раздела физики - оптики.
Дело в том, что скорость распространения электромагнитных волн в среде зависит от частоты этих волн. Чем она больше, тем сильнее эффект преломления и рассеивания лучей. Известно, что синяя часть видимого спектра имеет меньшую длину волны и большую частоту, чем красная область. Это означает, что, проходя через земную атмосферу, синие лучи будут испытывать большее рассеяние, чем красные. Результатом этого процесса является голубое небо днем и красный закат солнца вечером. В ночное время суток, поскольку ни о каком солнечном свете говорить не приходится, небо становится прозрачным, и мы можем наблюдать на нем звезды.
Почему вода мокрая, а камни твердые? Для ответа на вторую часть этого вопроса необходимы уже знания о структуре твердых тел. Говоря простым языком, силы связи между атомами (молекулами) твердых предметов настолько велики, что они не позволяют им рассыпаться на мелкие кусочки и оказывают сопротивление любой внешней силе. Поэтому надавливая на камень, мы встречаем его сопротивление, которое описываем, используя понятие "твердость".
Ученые составили список самых неудобных детских вопросов
Что делать, когда ваш маленький почемучка задает вам вроде бы легкий вопрос, но вы становитесь в тупик и не знаете, что ответить? Ученые составили рейтинг неудобных вопросов, которых взрослые боятся больше всего. Мы задали по вопросу известным общественным деятелям, узнав, смогут ли они на них ответить.
В опросе, который проводили ученые, приняли участие более 2000 человек с детьми от 5 до 16 лет. На первом месте оказался... нет, не вопрос: «Откуда берутся дети?». Оказывается, сложнее всего для родителей ответить на вопрос: «Почему Луна иногда показывается днем?» Более половины родителей чувствуют себя неловко, когда дети пристают к ним с вопросом, на который они не знают ответа. Многие из опрошенных признавались, что для ответов им не хватало школьных знаний по математике и естествознанию — почти треть родителей ощущают, что дети подкованнее их в естественных науках.
1. Почему Луна иногда показывается днем?
Владимир Винокур, артист эстрады:
— Потому что ночью все маленькие дети спят, и Луна хочет показаться им на глаза, чтобы они ее увидели!
Считаю, что, если ребенок задает неудобный вопрос, нужно отшутиться.
Научный ответ: Луна вращается вокруг планеты Земля, соответственно, мы наблюдаем ее восход и заход. Но восход и заход Луны не совпадает с солнечным. Так в одни дни спутник земли может восходить в разное время суток, в том числе и днем. При благоприятных условиях (например, при неярком солнечном свете) Луну становится видно.
2. Почему небо голубое?
Григорий Остер, детский писатель:
— Потому что так гораздо красивее! Да, это не шутка! Плавают белые облака — белое с голубым очень хорошо сочетается. Представь, если бы небо было красное в горошек или зеленое в полосочку?
Родитель должен помнить, что он имеет право хранить молчание — все, что вы скажете, может быть использовано против вас. А еще часто ребенок задает не такие вопросы, которые бы нам хотелось услышать. Например, нам хочется, чтобы ребенок спросил: «Папа, как ты добился такого уважения от окружающих и такого успеха в жизни?» А ребенок спрашивает: «Папа, а почему у тебя такой большой живот?»
Научный ответ: Поступающие из космоса солнечные лучи начинают рассеиваться в газах атмосферы. Происходит этот процесс по закону рассеяния Релея: интенсивность рассеяния зависит от обратной четвёртой степени длины волны. А так как сине-голубая часть волнового спектра более коротка, то она и рассеивается в атмосфере. А ночью освещение атмосферы солнечными лучами прекращается, прекращается рассеивание и атмосфера становится прозрачной — поэтому мы видим «чёрный» космос.
3. Встретим ли мы когда-нибудь инопланетян?
Евгения Чирикова, эколог, защитница Химкинского леса:
— Ученые провели космическое исследование и выяснили, что где-то далеко, в одной галактике, есть планета, похожая на Землю. Поэтому, возможно, когда-нибудь мы и встретим инопланетян. Но, к сожалению, человечество сейчас не интересуется другими галактиками, а занято только потреблением. Если мы и дальше так будем делать, то наша планета погибнет, и инопланетян мы увидеть не успеем.
Когда я что-то не знаю про живую природу, я отвечаю своему ребенку: зайка, наверное, это так, но я точно не знаю, поэтому мы можем прийти домой и посмотреть в Википедии.
Научный ответ: Ученые пока не имеют однозначного ответа на этот вопрос
4. Сколько весит наша планета?
Сергей Проханов, художественный руководитель «Театра Луны»:
— Столько, сколько весит Луна, вон на небе, посмотри!
Сын поверит мне и не будет задавать таких вопросов.
Научный ответ: Масса Земли 5,9736×1024 кг
5. Почему самолеты висят в воздухе?
Анатолий Кучерена, адвокат, член Общественной палаты:
— У самолета есть пилот, который его водит так же, как твой папа машину. Только самолетики имеют очень мощные двигатели, намного мощнее, чем двигатель у машины! Вот пилот садится за штурвал — так же, как я за руль, — заводит двигатель, и самолет взлетает и летит к нужной цели!
Сейчас мой четырехлетний сын задает очень много подобных вопросов, например, почему темно, а в небе — звезда. Я даже специально книгу ему купил по астрономии.
Научный ответ: Во время быстрого движения воздух проходит над и под крыльями самолета. Благодаря специальной форме крыла, воздух огибает его таким образом, что, проходя над крылом самолета, воздух разряжается, под крылом — сжимается. Воздушные течения снизу «приподнимают», а сверху — «подталкивают» крылья. Так создается подъемная сила, которая и преодолевает силу тяжести (земное притяжение) и удерживает самолет.
Александр Скляр, музыкант:
— Э-э-э... Это сложно сказать, почему вода мокрая. Такой ее создал Творец! Такой вот мокрой и создал!
Такой сложный вопрос оказался. Я отлично помню, когда мой ребенок был маленьким, он не задавал мне его ни разу. Моего ребенка больше интересовало, где конец у Вселенной.
Научный ответ: Вода — молекула H2О. А «мокрая» она потому что пребывает в одном из трех агрегатных состояний вещества — жидком (бывают еще твердое состояние и газообразное). Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: вещество не сохраняет форму, но сохраняет объем. В жидком состоянии связи между молекулами слабы, поэтому при механическом воздействии они легко отделяются друг от друга и соединяются с молекулами других веществ. Например, молекулы могут «прилипнуть» к рукам, одежде. Так возникает чувство, что вас «намочили».
7. Куда зимой деваются птицы и пчелы?
Ясен Засурский, президент факультета журналистики МГУ:
— Ты знаешь, все зимуют, мы надеваем теплую шубу, вот и птички зимуют, они летят в южные края. А пчелы не могут выдержать зимы, поэтому они умирают. А весной природа обновляется вновь.
У меня есть четверо правнуков, но они еще не задают таких вопросов — самая старшая правнучка недавно пошла в садик.
Научный ответ: Птицы, если они перелетные, собираются в стаи и отправляются на юг — туда, где больше пищи. Пчелы, несмотря на распространенное представление, не умирают.
Они зимуют в улье, в теплом месте, где когда-то располагался расплод. Как только температура падает ниже 14-15 градусов, насекомые уменьшают расход энергии и начинают жаться друг к другу, так что получается пчелиный клубок. Температура в его центре может достигать 33 градусов. Кстати, во время зимовки пчёлы не имеют возможности освободить кишечник от экскрементов, из-за чего их брюшко концу зимовки сильно увеличивается.
8. Откуда берется радуга?
Михаил Грушевский, артист и телеведущий:
— Откуда берется радуга... (Задумывается.) Откуда берется радуга... На небе есть специальный небесный художник, он покупает краски, гуашь и акварель, и показывает всем, какие у него есть цвета.
Вообще все зависит от возраста: если мы не можем объяснить ребенку все с точки зрения школьной программы, то нужно придумать какую-нибудь красивую историю.
Научный ответ: Радуга — атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или перед ним. Она возникает из-за того, что солнечный свет преломляется в капельках воды, которые парят в воздухе (в дождь или туман). Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (красный свет, например, отклоняется на 137°30’, фиолетовый — на 139°20’). В результате солнечнй луч (белый цвет) разлагается в спектр. Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение. Источник яркого света всегда должен находиться за спиной наблюдателя.
9. Почему на Земле существуют разные временные зоны?
Дана Борисова, телеведущая:
Потому что одни люди живут сверху Земли, а другие — снизу и ходят вниз головой.
Научный ответ: Планета Земля вращается вокург своей оси. Когда солнечные лучи освещают одну ее сторону, вторая сторона остается в тени. Именно поэтому, по мере вращения планеты, происходит смена дня и ночи. На временные зоны (часовые пояса) ее условились поделить люди, чтобы день был всегда тогда, когда светло.
Дети нередко ставят взрослых в неловкое положение, спрашивая о простых, но непонятных вещах. «Почему вода мокрая?» – один из самых неудобных детских вопросов.
Задавая его, малыши хотят расширить свой кругозор, познать окружающий мир, однако не каждому родителю хватает знания школьных или естественных наук, чтобы ответить внятно и правильно. И все-таки, почему вода мокрая? Попробуем разобраться.
Что означает слово «мокрый»?
Большинство словарей и энциклопедий «мокрым» называют предмет или объект, который подвергся воздействию влаги, соприкасался с жидкостью. В научном понимании слово «мокрый» означает способность жидкости прилипать к поверхности твердых материалов.
Такими свойствами обладает не только вода. К примеру, самым «мокрым» считается жидкий гелий. При температуре ниже -270 °C он теряет свою вязкость и становится очень текучим.
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что мокрой является не сама вода, а предметы, на которые она попадает. При этом не каждый предмет, покрытый жидкостью, может быть мокрым.
В частности, вода с большим трудом смачивает металлы и совершенно не способна намочить жирные поверхности и парафин. Водяные капельки с легкостью скатываются и с полимерных материалов, таких как полиэтилен или пластик.
Из чего состоит вода?
Почему же одни предметы намокают от жидкости, а другие нет? Всё дело в составе воды. Она представляет собой неорганическое соединение, состоящее из полярных молекул. Каждая включает в себя один атом кислорода и два атома водорода.
Оба этих вещества тяжелее воздуха, но атомы кислорода внутри молекул заряжены положительно, а атомы водорода – отрицательно. Эта разность в потенциалах дает возможность жидкости создавать слабую электрическую связь с другими предметами.
Именно благодаря полярности молекул вода может прикрепляться к твердым поверхностям и делать их мокрыми. Если вы попали под дождь, то ваша одежда покрылась частицами воды и впитала их, став мокрой.
Если вы моете руки под краном, то на них тоже попали молекулы воды, соединились с кожей и сделали их мокрыми. Вместе с тем, при своей способности сохранять объем жидкость совершенно не может держать форму, поэтому при попадании на предметы стекает по ним.
Какие свойства имеет вода?
Вода – это уникальное вещество, которое в разных условиях может находиться в трех различных состояниях – жидком, парообразном и твердом. В нормальных условиях она остается жидкой, при температуре ниже 0 °C замерзает и преобразуется в лед, а при повышенных температурах испаряется и становится паром. Молекулы льда малоподвижны и тесно связаны между собой, поэтому не могут проникать в твердые предметы.
При нахождении воды в жидком или парообразном состоянии между молекулами наблюдается слабая взаимосвязь, но они более подвижны, чем в замороженном, в силу чего при механическом воздействии легко отделяются друг от друга и присоединяются к молекулам иных веществ.
Свойство смешиваться и удерживаться на различных поверхностях позволяет им проникать в поры твердых объектов и делать их мокрыми. Молекулы воды как бы облепляют эти предметы и дают эффект «мокроты».
Почему вода мокрая?
Подводя итоги, можно сказать, что вода мокрая, прежде всего, потому, что в силу своего состояния является жидкостью. Во-вторых, она создает ощущение мокроты из-за своей низкой способности держать форму, меньшей вязкости и полярности в молекулярном составе.
Если на этот вопрос придется отвечать ребенку, можно просто сказать, что вода состоит из маленьких капелек, которые плохо прижимаются друг к другу и всё время растекаются. И, конечно, стоит отметить, что на самом деле мокрой является не вода, а предметы, которые она намочила.
Говорить про воду, что она мокрая, не совсем корректно. Правильнее говорить, что вода делает мокрым то, что смачивает или пропитывает. При этом бывают такие объекты, которые никак не намокают. Например, если вода попадает на поверхность, покрытую жиром или парафином, смачивания не происходит. Нельзя, скажем, смочить поверхность листа кувшинки или лотоса, хотя они и не покрыты никаким жиром. Как показали исследования, все дело в особой структуре их поверхности, поэтому к ним не липнет даже пыль и они всегда чистые. Сейчас пытаются создать такую автомобильную краску, которая давала бы поверхность с подобными свойствами, и тогда машины всегда будут чистыми.
71 % поверхности Земли покрывает вода
Почему же вода в некоторых случаях смачивает поверхности, а в некоторых нет? Дело, оказывается, во взаимодействии молекул воды, воздуха и твердого вещества. Чтобы легче понять, что может произойти, сначала рассмотрим каплю воды в невесомости, когда взаимодействуют только вода и газ. В этих условиях капля примет форму шара. Дело в том, что среди всех тел одинакового объема наименьшую площадь поверхности имеет шар. Это обеспечивает то, что запас энергии в шарообразной капле оказывается меньшим, чем запас энергии в капле любой другой формы. А механические системы приходят в устойчивое равновесие именно при минимальной энергии.
Если взять тонкую пипетку и попробывать сформировать небольшую нетяжелую каплю, то ее поверхность в основном будет окружена воздухом, как и в условиях невесомости, так как место контакта капли и пипетки имеет малую площадь. Капля, как и в невесомости, получится почти круглой. Запас ее энергии минимален. Чтобы изменить форму капли, надо придумать способ дополнительного уменьшения ее энергии. Для этого ее можно разместить на твердой поверхности. Если поверхность жирная, капля так и останется круглой. Значит, взаимодействие воды с жирной поверхностью приведет не к уменьшению, а к увеличению энергии капли. Поэтому капля не сможет растечься и останется шариком. Значит, жирная поверхность, например утиное перо, не намокнет.
Если же разместить каплю воды на чистом стекле, она растечется. Это значит, что взаимодействие молекул воды и стекла уменьшает энергию капли по сравнению с тем случаем, когда они взаимодействуют только с молекулами газов воздуха и между собой. Вот, собственно, и все объяснение: дело в молекулярных взаимодействиях. Это объяснение касается не только воды, но и любых других веществ в жидком состоянии.
Капля, ударяющаяся о поверхность воды
Можно ли еще как-то повлиять на смачивание? Можно. Поскольку взаимодействие между молекулами зависит от температуры, то при нагреве могут произойти такие изменения, что поверхность станет смачиваемой. Например, если мы пытаемся спаять две медные проволочки оловянным припоем, его надо нагреть до высокой температуры. Нагретое олово начинает смачивать медную поверхность. Если его остудить, проволочки окажутся крепко спаянными.
Иногда со смачиванием приходится бороться. Например, покрывать ботинки кремом, чтобы они не промокали; пропитывать ткани, чтобы изготовить водоотталкивающую одежду. В производстве, например, важно, чтобы расплавленный металл не прилипал к стенкам форм для литья.
Замечательно, что вода смачивает нашу посуду и у нас есть возможность мыть ее дочиста. Смачивает она и нашу кожу, поэтому мы можем быть чисто вымытыми, а это так приятно!
Актуальность. Я мечтаю стать учёной и хочу научиться находить ответы на свои вопросы.
Проблема. Почему вода делает меня мокрой, и почему тогда я не намокаю совсем как губка, а стоит протереться полотенцем–и я снова сухая.
Гипотеза. Предположила, что способность мочить другие предметы зависит не только от воды, но и от свойств предметов, поэтому одни предметы намокают больше, а другие меньше.
Цель работы: доказать или опровергнуть гипотезу.
Задачи: узнать состав воды; определить как намокают разные предметы; выявить что может влиять на способность воды мочить или намокать другим объектам. Объект исследования: вода. Предмет исследования: свойство воды.
Методы исследования: теоретический, эксперименты.
Результаты. Из энциклопедии выяснено, что вода состоит из молекул. Молекула –это самая маленькая частица вещества. Электрические силы помогают молекулам воды соединяться и крепко удерживаться вместе! Но как бы сильно молекулы воды не сцеплялись друг с другом, с другими предметами могут сцепляться еще сильнее. Прилипают к ним и делают эти предметы мокрыми.
Эксперименты показали:
-способность мочить или намокать зависит не только от свойств воды, но и от свойств других предметов;
-способность молекул воды соединяться с предметами может меняться при соединении воды с другими веществами.
Вывод: гипотеза подтвердилась. Способность мочить или намокать зависит не только от свойств воды, но и от свойств других предметов.
Было обнаружено, что вода и масло не перемешались между собой, а капли с мылом и содой быстро испарились. Эти явления требуют изучения.
Файлы:
- Текст работы: Почему вода мокрая? По состоянию на 17 января 2018 г. 13:19 (201,5 КБ)
- Презентация: Почему вода мокрая? По состоянию на 17 января 2018 г. 13:19 (9,1 МБ)
Результаты экспертной оценки
Экспертная карта межрайонного этапа 2017/2018 (Экспертов: 1)
Сумма баллов: 15