Замки на песке доклад

Городской день науки по предметам естественно-математического и гуманитарного цикла
Доклад на тему:
«Замки на песке»
(Исследование отдельных физических свойств песка)
Авторы: Шакирова Анна,
Смирнова Екатерина – ученицы 8 «А»
класса МОУ лицея №41.
Руководитель: Леонтьева Н.В.,
учитель физики МОУ лицея №41
Кострома, 2009
Аннотация
Актуальность и практическая значимость выбранной темы связана с тем, что 1/8
поверхности суши покрыта песком. Свойства сыпучего вещества многообразны и до
конца не изучены (многие из свойств непредсказуемы). Например, на сегодняшний
день не существует единой теории объясняющей механизм превращения
обыкновенного песка в зыбучий.
Целью данной работы является изучение некоторых физических свойств обычного
песка (определение насыпной плотности сухого песка, плотности смеси (песок и вода);
изучение текучести сухого песка и мокрого; сравнение производимого давления воды
и песка на дно и стенки сосуда; определение оптимальной пропорции песка и воды для
построения замка). Авторами работы смоделированы природные явления ( эффект
землетрясения и возникновение зыбучего песка) и предпринята попытка объяснить
данные явления с точки зрения физики. Для проведения исследований наряду с
лабораторным оборудованием, имеющимся в кабинете физики, были использованы
авторские устройства.
Авторами работы были использованы статьи из журнала «Наука и жизнь» и другие
материалы, содержащие экспериментальные данные и современные теории по
выбранной теме.
Как знать: быть может, создание миров определяется падающими песчинками?
Виктор Гюго. "Отверженные".
Вступление
В повседневной жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными сыпучими
материалами - от мельчайшей пудры и муки до песка и крупного гравия. Они
привычны и обыденны, и мало кто задумывается, какими удивительными свойствами
обладают все эти разнообразные порошки.
7 июня 1692 года прибрежный город Порт-Ройяль на острове Ямайка стал жертвой
землетрясения, в результате которого большая часть города исчезла в морской пучине.
Долгое время считалось, что город просто "сполз" в море под действием подземных
толчков. Однако последние исследования показали, что это не так. Оказывается, ПортРойяль был "проглочен" многометровыми песчаными отложениями, на которых он
покоился. Менее чем за минуту песок стал текучим, и город, потерявший опору, начал
"тонуть". Спустя десять минут, когда землетрясение прекратилось, песок снова
"затвердел", похоронив в своих недрах две трети города и более двух тысяч жителей.
Современники этих событий восприняли катастрофу как проявление гнева Господня,
обрушившегося на нечестивый город. Ведь Порт-Ройяль - город пиратов и крупнейший
рынок рабов - давно пользовался дурной славой и в Старом, и в Новом Свете. Почему
песок стал текучим? Какова вероятность того, что трагедия вновь может повториться?
Что
такое
зыбучие
пески?
Достоверен
ли
факт,
часто
используемый
в
приключенческих фильмах, что зыбучий песок полностью поглощает человека или
животное, случайно попавшее в страшное место? Так ли опасно строить замки на
песке? Возможно ли смоделировать землетрясение в лабораторных условиях и
наблюдать течение песка?
Если задуматься, само разнообразие свойств песка достойно удивления. Сухой, он
текуч, подобно воде. Однако в отличие от жидкости без труда выдержит вес человека,
прогуливающегося вдоль берега. А небольшого количества влаги достаточно, чтобы
превратить песок в прекрасный строительный материал. Все в детстве мастерят
кулички из песка, а повзрослев, некоторые возводят удивительные песчаные замки на
морском побережье, фантастические по красоте, но такие недолговечные. Интересно, в
какой пропорции следует взять песок и воду, чтобы песок хорошо лепился и при этом
замок
сохранял длительное время первоначальный вид?
получившейся смеси?
Какова плотность
Даже в состоянии покоя песок ведет себя самым странным образом. Кажется
очевидным, что, оказавшись погребенным под 30-метровой кучей песка, какое либо
физическое тело испытает гораздо большее давление, чем под 3-метровой. Однако это
не так. Значит, несмотря на сходство песка с водой, распределение давления внутри
сыпучего вещества иное?!
Песня песков, песня сирен,
заманивающих путешественников
на верную гибель в безводной пустыне,
колокольный звон монастырей,
погребенных в пучине песков...
Так описывает свои впечатления английский исследователь Р. А. Бэгноулд - автор
первой книги о поющих песках, вышедшей в свет в 1954 году. Кочевники, которым
приходилось слышать эти таинственные звуки, считали их голосами призраков и
демонов, обитающих в песчаных дюнах. И хотя сегодня известно, что акустические
колебания возникают в результате движения слоев песка, полностью объяснить это
явление так до сих пор и не удалось.
А вот ещё удивительный факт, в Японском городе Нима существует музей песка. В
шести стеклянных пирамидах собраны образцы песка со всего мира, а в самой большой
из них высотой 21 метр и основанием 17 на 17 метров находятся самые большие в мире
песочные часы, точнее - годовой песочный календарь!
Ни для кого не секрет, что оконное стекло в наших домах, да и в замках производят из
песка.
Все эти удивительные факты не оставили нас равнодушными и подвигли
на
исследования некоторых физических свойств песка.
Основная часть
1. Замок из песка.
Песчаный замок или просто куличик, сооруженный на пляже, наглядно демонстрирует
огромное различие свойств сухого и влажного песка. Влажные песчинки легко
слипаются, демонстрируя резкий рост сил сцепления, которые в сухом песке
определяются только неровностями поверхности, а потому невелики. Слипаться их
заставляют силы поверхностного натяжения пленок воды, окружающих каждую
песчинку.
Вода, смачивая стенки тонкой трубки, может "взобраться" по ним вверх сантиметра на
полтора, увлекаемая силами поверхностного натяжения. Чем меньше диаметр трубки,
тем выше поднимется столбик воды, тем больше сила, которая удерживает его вес.
Когда соприкасаются две влажные песчинки, эти же силы поверхностного натяжения
притягивают их друг к другу и довольно прочно "склеивают". Удивляет, однако, сколь
малого количества жидкости для этого нужно.
Опыт 1. Определение
соотношения количества воды и песка для построения
замка.
Цель: установить опытным путём оптимальную пропорцию песка и воды для
построения замка.
Приборы и материалы: лабораторные весы, сосуд с сухим песком, сосуд с водой, набор
гирь,
Выполнение работы: существует несколько видов песка: карьерный, речной, намывной,
сеяный, кварцевый формованный. В исследованиях мы использовали песок –
карьерный средней зернистости (определили по внешнему виду: имеются мелкие
камешки, содержатся глинистые частицы; см. приложение).
С помощью лабораторных весов, определили массу песка (200 г), затем добавляли по
10 г воды и фиксировали результаты наблюдений (см. приложение, таб.1)
Вывод: для возведения прочного замка из песка достаточно иметь песок и воду в
пропорции 6,7:1.
Получившуюся смесь поместили в стеклянный сосуд и оставили до полного испарения
жидкости. При надавливании рукой, застывший песок не менял форму. Затвердевший
песок сохранял форму даже под действием нашего веса! Удивительной прочности
сооружений из песка (земли), существует реальное подтверждение. Великая Китайская
стена – древнее оборонительное сооружение – является символом Китая. Она строилась
на протяжении многих веков с 5 в. до н.э. вплоть до 17в. И тянется от побережья
Желтого моря до пустынь Северо-западного Китая. За последнее время стена
протяженностью в 6,4 тыс. км значительно сократилась в размерах – например, в
провинции Ганьсу "испарился" участок почти в 60 км, возведенный в эпоху правления
династии Ханьшуй. Директор местного краеведческого музея Чжоу Шенгруи объясняет
это тем, что секция Великой Китайской стены, проходящая через Ганьсу, была сделана
из грязи, глины и спрессованной земли, поэтому она и подвержена эрозии больше
других участков. Даже если предположить, что эта часть стены была возведена в конце
17в. возраст этого сооружения почтенный – 4 века.
Опыт 2. Определение насыпной плотности сухого песка и плотности смеси (песка
и воды).
Цель: вычислить насыпную плотность сухого песка и смеси (состоящей из воды и
песка), сравнить полученные результаты с табличными данными справочника по
физике.
Приборы и материалы: лабораторные весы, измерительный цилиндр, лабораторные
стаканы, набор гирь.
Выполнение работы: способ определения плотности жидкости нам известен из курса
физики 7 класса, поэтому подробно описывать ход работы не будем. Масса песка и
лабораторного стакана – 0,237 кг; масса стакана - 0,037 кг, масса песка равна 0,2 кг;
объём песка - 0,000124 м³. Вычислим по формуле ρ =
m
v
плотность сухого песка: ρ =
1613 кг/м³. Для приготовления смеси достаточно взять 200г сухого песка и 5 порции
воды по 10г. В песок добавим 10 г воды (песок находится в мензурке) и определим
объём смеси (примечание: следует осторожно наливать воду, т.к. поверхность смеси
может получиться очень неровной и тогда погрешность измерений будет велика), затем
ещё добавим 10 г воды и вновь фиксируем объём смеси и т. д. Результаты вычислений
представлены в приложении (таб.2)
Вычисление погрешностей измерений:
(Мы воспользовались рекомендациями по вычислению погрешностей из книги
«Практикум по физике в средней школе» под редакцией В.А. Бурова, Ю.И. Дика).
Процесс любого измерения только тогда считается полностью завершённым, когда
указаны абсолютная и относительная погрешности результата измерений. Модуль
абсолютной погрешности измерения позволяет указать интервал, внутри которого
находится
истинное
значение
измеряемой
величины.
Качество
измерения
Δ
характеризует относительная погрешность ε = Χизм, которая показывает, во сколько раз
модуль абсолютной погрешности |Δ| меньше измеряемой величины.
Ц. д. (измерительного цилиндра)=
20−10
Ц.д.
10
2
=1 (см³/ дел.). Погрешность отсчёта:
= 0,5
см³,
0,0000005
εv = 0,000124 = 0,004, m = 100г+100г+20г+10г+5г+2г = 237г = 0,237кг. Погрешность
весов
равна
Δвесов
=
100мг+100мг+50мг+50мг=300мг.
Пользуясь
таблицей
представленной в книге «Практикум по физике в средней школе» под редакцией В.А.
Бурова, Ю.И. Дика, определим погрешность всех гирь: Δгирь = 40 мг +40 мг+ 20 мг+12
мг+8 мг+ 6 мг=126 мг. Масса наименьшей гири равна 2 г,- следовательно, погрешность
подбора гирь равна Δподб. гирь=2г/2=1г. Общая погрешность равна Δ = Δвесов+
Δгирь+ Δподб. гирь = 300 мг+ 126 мг+1г = 1г426 мг. Итак, погрешность измерения
массы равна Δm=1г426мг. По результатам взвешивания мы можем утверждать, что
истинное значение массы сухого песка в лабораторном стакане находится в интервале
0,237000 ± 0,001426 кг, εm=
0,001426
0,237000
= 0,00602. Для расчёта погрешности
мы
воспользовались формулой: ερ= εm + εv = 0,00602+0,004 = 0,01 (1%), тогда Δρ = ρ · ερ
=1613·0,01 =16,13 кг/м³. Значение измеряемой величины:ρ=1613±16,13 кг/м³
Вывод: В справочнике по физике А.Е. Еноховича в таблице «Насыпная плотность
некоторых твёрдых тел» нашли значение насыпной плотности сухого песка: 1200-1650
кг/м3. Результат наших вычислений совпадает с табличным. Анализируя полученные
данные, заметили, что при добавлении
воды наблюдается возрастание плотности
смеси. Это можно объяснить проникновением частиц воды, между песчинками
(аналогия: перемешать горох и пшено). При последующем добавлении порции воды (6
исследование) наблюдается появление над песком слоя воды, что приводит к
возрастанию объёма смеси и как следствие уменьшению плотности. Плотность
«идеальной» смеси для построения замка составляет: 2170 кг/м3.
2. Замок на песке.
«Здесь замок на песке - не поэтическое обозначение нереальных планов и несбывшихся
надежд, а норма жизни: на чем же еще строить замки, если вокруг один песок? И что
же им еще строить на песке, как не замки? Просто у бедных эмиратцев замки
маленькие, двух-трехэтажные, а у богатых - бесконечные дворцы в ориентальном
стиле, похожие не на дом для житья, а на голливудскую декорацию "Лоуренса
Аравийского"»- вступление рекламной статьи приглашающей посетить ОАЭ. Так ли
опасно строить города на песке? 7 июня 1692 года прибрежный город Порт-Ройяль на
острове Ямайка стал жертвой землетрясения, в результате которого большая часть
города исчезла в морской пучине. Порт-Ройял был очень большим богатым портом, где
находился крупнейший невольничий рынок. С 1674 года по назначению короля Англии
Чарльза II мэром города стал знаменитый пират Генри Морган. Однако место для
строительства города было выбрано крайне неудачно - Порт-Ройял располагался на 16километровой песчаной косе. Ее верхний слой до сих пор пропитан водой, а ниже
находится смесь гравия, песка и осколков скальной породы. Долгое время считалось,
что город просто "сполз" в море под действием подземных толчков. Однако последние
исследования показали, что это не так. Оказывается, Порт-Ройяль был "проглочен"
многометровыми песчаными отложениями, на которых он покоился. Толчки
землетрясения вызвали энергичные колебания отдельных песчинок. Вибрации
уменьшили сцепление между частицами, нарушили плотную структуру песка.
Колеблющиеся песчинки отделились друг от друга и обрели независимость. Менее чем
за минуту песок стал текучим, и город, потерявший опору, начал "тонуть". Спустя
десять минут, когда землетрясение прекратилось, песок снова "затвердел", похоронив в
своих недрах две трети города и более двух тысяч жителей. Еще в XIX веке на месте
погребенного города из песка торчали остатки стен провалившихся домов. Но в 1907
году произошло очередное землетрясение, поглотившее эти свидетельства трагедии.
Опыт 3. Моделирование землетрясения.
Цель: воспроизвести механизм превращения обычного сухого песка в зыбучий
вследствие землетрясения.
Приборы и материалы:
сухой песок, прозрачный объёмный сосуд, игрушечная
машинка и фигурка человека, пластмассовый домик, виброакустический медицинский
прибор SF – 202.
Выполнение работы: для получения механических колебаний и возникновения в песке
упругих волн мы использовали виброакустический медицинский прибор SF – 202.
Песок приходит в движение постепенно, «река» из песка рождается непосредственно
около источника колебаний, затем наблюдается выраженное распространение
колебаний песчинок и течение вещества на расстоянии 10-12 см от источника.
Отмечалось погружение колёс машины в песок, а также падение фигурки под
действием потока песка. Смоделировать «поглощение» домика песком достаточно
просто. На поверхность песка, находящегося в пластиковом сосуде, мы поставили
домик (нижняя часть пластиковой бутыли срезана, бутыль следует
перевёрнуть
крышкой вниз). Затем открутили крышку. Потерявший опору домик утопает в песке.
Вывод: Мы воспроизвели механизм
превращения обычного песка в зыбучий.
Оказывается, чтобы песок стал текучим, требуется источник механических колебаний.
Опыт 4. Моделирование зыбучего песка.
Цель: воспроизвести механизм превращения обыкновенного песка в зыбучий.
Приборы и материалы: для проведения эксперимента нам потребовался сухой песок,
пластмассовый пластиковый
гибкий шланг (диаметр
пятилитровый сосуд, штатив, прозрачный метровый
сечения 25 мм), воронка, стеклянный сосуд кубической
формы, сосуд с водой, игрушечная мышь.
Выполнение работы:
Обычный песок может стать зыбучим и по другой причине (см. опыт 3). Рассмотрим
подробнее этот процесс. Чтобы песчинки хорошо слипались, вода должна только лишь
покрывать частицы и их группы тонкой пленкой, большая же часть пространства
между ними остается заполненной воздухом (см. 1 опыт). А что произойдет, если
количество жидкости станет постепенно увеличиваться? Как только все пространство
между песчинками будет заполнено водой, силы поверхностного натяжения пропадут и
получится смесь песка и воды, обладающая совершенно другими свойствами.
Метаморфозы песка таят в себе немалую опасность. Существует масса легенд и жутких
историй, связанных с зыбучими песками. Большая часть из них объективно отражает
страшную опасность, таящуюся под поверхностью песка, на первый взгляд, кажущейся
такой безобидной. В 2000 году Национальное географическое общество США
выпустило
кинофильм о зыбучих
песках, посвященный реальной опасности
смертоносной природной ловушки.
Зыбучие пески никогда не засасывают людей полностью - к такому выводу пришли
исследователи из Нью-Йорка, проведя лабораторные эксперименты. Установлено
также, что ему все же не стоит устраивать на них зоны экстремального туризма - дело
обстоит куда хуже, чем просто в тех песках утонуть. Расчеты профессора Бонна
показывают, что из такого песка почти невозможно выбраться. Человеку, чтобы
вытащить из зыбучего песка случайно попавшую туда ногу, нужны усилия,
достаточные для подъема легкового автомобиля. Схватывает крепче, чем бетон. Чаще
всего зыбучие пески встречаются в холмистой местности. Спускаясь с гор, потоки воды
движутся по каналам внутри доломитовых и известняковых скал. Где-то ниже по
течению вода может пробить камень и устремиться вверх мощным потоком. Если на
поверхности находятся песчаные отложения, то поток воды, идущий снизу, превратит
их в зыбучие пески. Часто солнце подсушивает верхний слой песка, образуя тонкую
твердую корочку, на которой может даже расти трава. Внешне такое "песчаное болото"
выглядит вполне надежно и не вызывает никаких подозрений. Тем оно опаснее и
страшнее.
Для воспроизведения
механизма превращения
обычного песка в зыбучий
потребовалось придумать и собрать установку (см. приложение). Принцип действия
установки прост. Через воронку, по шлангу в сосуд с песком поступает вода
(используется принцип работы фонтана) и
через некоторое время можно увидеть
погружение мышки в песок. Попытаемся объяснить это явление с точки зрения физики.
Представьте, что вы стоите на песчаном берегу. Под ногами у вас слегка влажный
песок; он тверд и хорошо выдерживает вес тела. В это время под толщей песка на
глубине нескольких метров начинает бить подземный источник. Если поток окажется
достаточно сильным, вода будет быстро подниматься вверх, заполняя пространство
между частицами и раздвигая их. Сцепление резко уменьшится, песок станет
"жидким", и почва в буквальном смысле поплывет у вас из-под ног Таким образом,
зыбучий песок - это самый обычный песок, под толщей которого оказался восходящий
источник. Если обильные грунтовые воды движутся в горизонтальном, точнее, слегка
наклонном направлении, то образуются так называемые пески-плывуны. Они тоже
засасывают, но не так опасны, поскольку менее насыщены водой. Хотя плотность
зыбучего песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, плавать в зыбучем песке
гораздо сложнее. Он очень вязок, поэтому любая попытка двигаться в нем встречает
сильное противодействие. Медленно текущая песчаная масса не успевает заполнить
возникающую за сдвинутым предметом полость; в ней возникает разрежение, вакуум.
Сила атмосферного давления стремится вернуть предмет на прежнее место - создается
впечатление, что песок "засасывает" свою жертву. Кроме того, перемещаться в зыбучем
песке можно только очень медленно и плавно, так как смесь воды и твердых частиц
песка инерционна по отношению к быстрым перемещениям: в ответ на резкое
движение она как бы затвердевает.
Вывод: смоделировать восходящий поток подземных вод нам удалось, как следствие
мы наблюдали погружение мышки в песок. Достать мышь из песка не составило труда,
следовательно, реальный процесс более сложен. Изучая статьи по интересующему нас
вопросу, выяснили, что до сих пор ученые не поняли до конца природу этого опасного
явления. Некоторые исследователи считают, что способность к засасыванию
определяется особой формой песчинок. По одной из гипотез, выдвинутой российским
физиком Виталием Фроловым, механизм действия зыбучих песков обусловлен
электрическими эффектами, в результате которых между песчинками уменьшается
трение и песок становится текучим. Если текучесть распространяется на глубину
нескольких метров, грунт становится зыбучим и засасывает любое массивное тело,
попавшее в него.
Опыт 5. Сравнение
производимого давления воды и
песка на дно и стенки
сосуда.
Даже в состоянии покоя песок ведет себя самым странным образом. Кажется
очевидным, что, оказавшись погребенным под 30-метровой кучей песка, физическое
тело испытает гораздо большее давление, чем под 3-метровой. Однако это не так.
Цель: выяснить, как распространяется давление в сыпучих веществах.
Приборы и материалы: два одинаковых пакета, два лабораторных стакана одинаковой
ёмкости, два штатива с муфтами и лапками, стеклянный сосуд кубической формы,
песок и вода.
Выполнение работы:
Если песок высыпать на стол, он образует конусообразную кучу. Эксперименты
показали, что давление, которое она оказывает на поверхность стола, максимально не в
центре, под пиком, а ближе к краям. Теоретически объяснить это оказалось непросто,
но группа исследователей из университета в Эдинбурге предложила гипотезу, согласно
которой песчаная куча представляет собой "лабиринт из арок", простирающихся в
разных направлениях. Подобно контрфорсам, поддерживающим стены и купол собора,
они переносят вес кучи к ее краям, не давая расти давлению в центре. С помощью этой
модели ученые смогли получить полный набор уравнений и рассчитать распределение
давления в основании кучи. Результаты хорошо подтверждались экспериментом.
Воссоздать эксперименты учёных для нас не представляется возможным, но мы
придумали и провели эксперимент, который иллюстрирует различие в передаче
давления частицами воды и сухого песка. Для проведения опыта нам потребовались два
одинаковых пакета, два лабораторных стакана одинаковой ёмкости, два штатива с
муфтами и лапками, стеклянный сосуд кубической формы, песок и вода. В один пакет
мы осторожно наливали воду (1 стакан), в другой насыпали песок (1 стакан).
Поверхность воды была горизонтальна, форма поверхности песка зависела от способа
насыпания. Затем в пакеты добавляли воды и песка, в том же объёме и т. д. Пакеты под
действием силы давления натянулись. Карандашом проделали по два отверстия, на
разных уровнях, в каждом пакете. Действительно, из отверстия расположенного ниже,
струя воды текла под большим давлением (см. приложение), это объясняется тем, что
давление жидкости на дно сосуда
возрастает пропорционально высоте ее уровня
(известно из курса физики 7 класса). Наблюдая за течением песка, пришли к выводу,
что распределение давления в сыпучем веществе происходит иначе, т.е. силы,
действующие между частицами песка, переносят избыточное давление на стенки
сосуда (пакета). Давление сыпучего вещества на основание сначала растет, потом
достигает максимума и далее остается неизменным. Именно поэтому количество
песчинок, проходящих в единицу времени через отверстие, соединяющее две колбы
песочных часов, остается примерно постоянным. Скорость же вытекания воды из
отверстия в банке по мере снижения уровня непрерывно уменьшается.
Заключение
В работе мы рассмотрели лишь отдельные свойства обычного песка. Рассчитали
оптимальное соотношение песка и воды для построения замка. Убедились, что смесь,
состоящая из песка с высоким содержанием воды, обладает совсем другими
свойствами, в отличие от влажного или сухого песка. Вычислили насыпную плотность
сухого
песка
и
смеси,
проиллюстрировать
состоящей
особенности
из
передачи
песка
и
воды.
давления
в
Придумали
сыпучем
способ
веществе.
Смоделировали природные явления (землетрясение и зыбучие пески) и предприняли
попытку физически обосновать процессы, происходящие в обычном песке. Данная
тема, является актуальной, т. к. всё чаще средства массовой информации дают сводку
об очередном землетрясении, повлёкшем
человеческие жертвы и разрушения.
Приведём лишь некоторые выдержки из статей: «Землетрясение, произошедшее в
Эмиратах 12 марта 2002 года, оказалось сильнейшим за последние 90 лет…28.11.2005.
Минувшим воскресеньем в Объединенных Арабских Эмиратах и южных районах
Ирана произошло землетрясение. В Иране сила толчков достигла 5,9 баллов по шкале
Рихтера. По последним данным 13 человек погибло, десятки получили ранения. На
острове Кешм разрушены пять деревень, сообщает «Эхо Москвы»».
Человечество
обладающее современными знаниями не должно бездействовать и пасовать перед
стихией.
В настоящее время ученые работают над оценкой возможных рисков в результате
землетрясений. Проводят забор почвы в крупных городах с целью выявления тех
участков,
где
может
произойти
сжижение
почвы.
Предлагают
создать
сейсмографическую сеть, которая сможет регистрировать микро-землетрясения,
наносить их на карту ОАЭ и отслеживать возможное повышение сейсмической
активности, наблюдая за выбросами жидкости и газа из геологических пластов…
Рекламные статьи различных туристических фирм приглашают посетить сказочные
жаркие страны, где на морском побережье вы обязательно построите замок. «Строить
ли настоящий замок (из стекла и бетона) на песке?» – каждый должен ответить себе
сам.
Приложение
Опыт 1. Определение
соотношения количества воды и песка для построения
замка.
Песок карьерный мелкой зернистости
Песок карьерный крупной зернистости
Песок кварцевый
Песок карьерный средней зернистости
Песок намывной крупной зернистости
Песок карьерный суглинистый
Таблица 1
Масса песка, г Масса
воды, г
Соотношение
Наблюдения
количества песка и
воды,
содержащихся в
смеси
200
10
20:1
Песок не весь смочился водой.
Лепить трудно, сооружение
разваливается.
200
20
Песок хорошо лепится.
10:1
Песчинки «склеиваются»
200
30
хорошо, за счёт сил
20/3:1
поверхностного натяжения.
«Замок» хорошо держит форму.
200
40
Песок влажный. Сооружение
5:1
медленно оседает.
«Замок» быстро изменяет форму,
50
200
вокруг сооружения образуется
4:1
лужица.
Этапы работы:
Определение массы сухого песка
Строим замок
Добавим 10 г воды
Опыт 2. Определение насыпной плотности сухого песка и плотности смеси (песка
и воды).
Таблица 2
№
масса
масса
масса
объём
объём
объём
опыта
песка,
воды, кг
смеси,
песка, м3
воды, м3
смеси, м3 (сухого
кг
кг
Плотность
песка)
смеси,
кг/м3
1
0,2
-
-
0,000124
-
-
1613
2
0,2
0,01
0,21
-
-
0,00011
1909
3
0,2
0,02
0,22
-
-
0,000108
2037
4
0,2
0,03
0,23
-
-
0,000106
2170
5
0,2
0,04
0,24
-
-
0,000106
2264
6
0,2
0,05
0,25
-
-
0,00012
2083
Этапы работы:
Определение объёма воды
Определение объёма смеси
Определение массы песка
Опыт 3. Моделирование землетрясения.
Опыт 4. Моделирование процесса возникновения зыбучего песка.
Опыт 5. Сравнение
производимого давления воды и
песка на дно и стенки
сосуда.
Информационные источники:
1.http://www.orgdosug.ru/pub.php?pid=1678 Зыбучие
пески – коварные убийцы
2.ЖИЗНЬ: Великая Китайская стена исчезнет
через 20 лет
www.utro.ru/articles/2007/08/29/675631.shtml · 111
КБ
3."Песни пустынь" записаны по адресу
http://www.yo.rim.or.jp/~smiwa/sound/badaja.html
4.ПЕСОК СУХОЙ, ВЛАЖНЫЙ И ЗВУЧАЩИЙ | №6, 1999 год | Журнал "Наука и
жизнь" №6, 1999 год. Песок - материал недолговечный. Музей песка в японском городе
Нима. www.nkj.ru/archive/articles/9442/ – 24 Кб
5.Песок и вода. Интересные сведения о песке. Интересные сведения о песке. Песок и
вода. Если задуматься, само разнообразие свойств песка достойно удивления.
www.snabnerud.com/doc/1.htm – 15 Кб
6. Из песка и на песке. Интересные сведения о песке. Интересные сведения о песке.
Из песка и на песке. Песчаный замок или просто куличик, сооруженный на пляже,
наглядно демонстрирует огромное различие свойств сухого и влажного песка (см.
www.snabnerud.com/doc/2.htm – 15 Кб
7.Енохович А. С. Справочник по физике.–М. Просвещение,1990.–384 с.
8. Практикум по физике в средней школе: Дидакт. материал: Пособие для учителя/Л. И.
Анциферов, В. А. Буров, Ю. И. Дик и др.– М.: Просвещение, 1987.–191 с.
http://www.orgdosug.ru/pub.php?pid=1678 Зыбучие пески –
коварные убийцы
Автор: Иван РЫБАКОВ
Источник: НЛО № 42 (2002)
Размещение на сайте – декабрь 2005 г.
На Аляске есть очень красивое место - фьорд Тарнэген. В 1988
году двое туристов, супруги Диксон решили покататься вдоль
берега во время отлива. Машина застряла в песке. Адреанна
Диксон вышла из автомобиля и мгновенно провалилась в
грунт по колено. Муж пытался вытащить женщину но,
промучившись несколько часов, так и не сумел освободить ее
из капкана. Песок спрессовался и держал ноги наподобие
цемента. Диксон вызвал спасателей, но во фьорде уже
поднималась вода - начался прилив. Спасти попавшую в
зыбучие пески не удалось - несчастная утонула.
Зыбучий песок - это подвижная песчаная поверхность,
способная засосать любой предмет, попавший на нее.
Скорость засасывания зависит от структуры песка, массы и
объема постороннего предмета, и других факторов и
колеблется от нескольких минут до нескольких месяцев.
Существует масса легенд и жутких историй, связанных с
зыбучими песками. Большая часть из них объективно отражает
страшную опасность, таящуюся под поверхностью песка, на
первый взгляд, кажущейся такой безобидной. В 2000 году
Национальное географическое общество США выпустило
кинофильм о зыбучих песках, посвященный реальной
опасности смертоносной природной ловушки, снятый в
традициях голливудских фильмов ужасов, после просмотра
которого вряд ли вы захотите загорать даже на
благоустроенном песчаном пляже.
Большая часть легенд о зыбучих песках зародилась в Англии
на морских побережьях, где на протяжении веков
существовали опасные участки, затягивающие человека или
животное, неосторожно ступившего на предательскую
поверхность.
Вот отрывок из романа Уилки Коллинза «Лунный камень»:
«Между двумя скалами лежат самые ужасные зыбучие пески
на всем Йоркширском побережье. Во время прилива и отлива
что-то происходит в их глубине, заставляя всю поверхность
песков колебаться самым необычным образом... Уединенное
и страшное место! ...Ни одна лодка не осмеливается входить в
эту бухту... Даже птицы улетают подальше от зыбучих песков.
Начался прилив, и страшный песок стал содрогаться.
Коричневая масса его медленно поднималась, а потом вся она
задрожала...»
Еще в XIX веке большая часть таких опасных мест в Англии
была засыпана и уничтожена. В настоящее время в
густонаселенных районах зыбучих песков нет.
До сих пор ученые не поняли до конца природу этого опасного
явления. Некоторые исследователи считают, что способность к
засасыванию определяется особой формой песчинок. По
одной из гипотез, выдвинутой российским физиком Виталием
Фроловым, механизм действия зыбучих песков обусловлен
электрическими эффектами, в результате которых между
песчинками уменьшается трение и песок становится текучим.
Если текучесть распространяется на глубину нескольких
метров, грунт становится зыбучим и засасывает любое
массивное тело, попавшее в него.
Американский геолог Джордж Кларк из Канзасского
университета много лет исследовал уникальное явление и
пришел к выводу, что зыбучий - это обыкновенный песок,
перемешанный с водой и имеющий некоторые свойства
жидкой среды. По мнению Кларка, зыбучесть - не явление
природы, а особое состояние песка. Последнее возникает,
например, на поверхности, периодически заливаемой
приливом или если под массивом песка протекает подземная
река.
Обычно зыбучие пески располагаются в холмистой местности,
где подземные потоки воды часто меняют направление и
могут подняться к поверхности или уйти вглубь. Когда водный
поток поднимается, внешне это никак не проявляется, хотя
поверхность земли неожиданно становится очень опасной. Так
произошло в Англии в Арнсайде в 1999 году, когда на глазах у
родителей песок засосал по пояс четырехлетнего сынишку. К
счастью, спасатели подоспели вовремя, и трагедии удалось
избежать. Арнсайд расположен неподалеку от залива
Моркембе, славящегося высокими приливами. Во время
отлива вода отступает на 11 километров, и песчаное дно
залива обнажается. Смельчаки, рискнувшие ступить на этот
песок, кажущийся твердой почвой, мгновенно засасываются.
Ноги оказываются стиснутыми затвердевшей массой, и
вытащить их без посторонней помощи невозможно. Если
вовремя этого не сделать, человек погибает под водой
прилива, как это произошло с Адреанной Диксон.
Не только заливаемые водами прилива пляжи, но и берега
некоторых рек иногда таят невидимую опасность.
Печальную известность у моряков получил остров Сейбл,
расположенный в Атлантическом океане в 180 километрах от
побережья Канады, вблизи которого много рифов, из-за чего
морские суда, случалось, терпели там катастрофу и бывали
выброшены на берег. Через несколько месяцев песок без
следа засасывал обломки кораблекрушения. Очень много
опасных песчаных плывунов на Аляске, самый длинный из
фьордов полуострова, сплошь заполненный зыбучим песком,
тянется на 150 километров.
Есть зыбучие пески и в Сахаре, одной из самых засушливых и
безжизненных пустынь планеты. Иногда там бесследно
исчезают целые караваны. Кочевники племени туарегов
рассказывают о душераздирающих воплях, доносящихся по
ночам из-под земли. Они верят, что это стонут души людей,
поглощенных алчным чревом пустыни. Недавно российские
ученые сделали открытие на основании фотоснимков земной
поверхности, полученных со спутника, - под пустыней
протекает мощная подземная река. Возможно, воды этого
потока и придают некоторым местам пустыни свойства
зыбучести.
Сложно даже приблизительно оценить число жертв
смертоносных песков, во всяком случае, оно превышает
тысячи, а может быть, и десятки тысяч. В 1692 году на Ямайке
зыбучие пески поглотили целый район города Порт-Ройяла,
тогда погибло свыше двух тысяч человек. Порт-Ройял был
очень большим богатым портом, где находился крупнейший
невольничий рынок. С 1674 года по назначению короля
Англии Чарльза II мэром города стал знаменитый пират Генри
Морган. Однако место для строительства города было
выбрано крайне неудачно - Порт-Ройял располагался на 16километровой песчаной косе. Ее верхний слой до сих пор
пропитан водой, а ниже находится смесь гравия, песка и
осколков скальной породы.
7 июня 1692 года началось землетрясение, и песок под
городом неожиданно начал засасывать строения и людей. В
исторических хрониках сохранились описания той жуткой
трагедии. Некоторые жители города мгновенно
проваливались под землю, других засасывало по колено или
до пояса.
После окончания землетрясения, длившегося шесть минут,
песок мгновенно превратился в твердую массу,
напоминавшую цемент, которая крепко зажала людей в своих
тисках. Несчастные задыхались, заживо замурованные в
земле. Большинство так и погибло, не в силах выбраться, их
торчащие из песка торсы объели одичавшие собаки. Еще в XIX
веке на месте погребенного города из песка торчали остатки
стен провалившихся домов. Но в 1907 году произошло
очередное землетрясение, поглотившее эти свидетельства
трагедии.
В заключение можно дать несколько рекомендаций тем, кто
по неосторожности попал в зыбучий песок. Так же как и в
болоте, нужно попытаться лечь на спину, широко раскинув
руки. Выбираться необходимо медленно и плавно, не делая
резких движений. А лучше всего избегать районов, где
коварный убийца стережет свою добычу.