Введение Актуальность исследования: кисели?

Введение
Актуальность исследования: У Вас, вероятно, возник вопрос, а почему именно
кисели?
Моему однокласснику, который обратился в больницу с болями в животе,
после лабораторных исследований поставили диагноз гастрит. Лечащий врач ему
настоятельно рекомендовал пить кисель.
Как оказалось данный диагноз достаточно распространён среди школьников и
взрослого населения, врачи утверждают, причиной этому являются неправильное и
нерегулярное питание, частые стрессы. Я понял, что тоже вхожу в группу риска, а
болеть уж очень не хочется.
Определение предмета исследования: Я подумал, если доктор утверждает, что
употребление в пищу киселей не только способствует выздоровлению, но и снижает
риск заболевания, то кисель, как напиток, заслуживает внимания и уважения.
Я был уверен, что кисель готовят обязательно из картофельного крахмала, а
врач моему другу порекомендовал пить кисель из дробленого овса, да именно овса, а
не из овсяных хлопьев «Геркулес». Причём сделал акцент на то, что пить кисели
желательно тёплыми.
Для исследования я выбрал три вида киселей:
 Кисель приготовленный на основе картофельного крахмала;
 Кисель приготовленный их дробленого овса;
 Кисель приготовленный из овсяных хлопьев «Геркулес».
Возникло противоречие: Дома, в общепите и в магазинах нам предлагают кисели
(или полуфабрикаты) приготовленные на основе картофельного крахмала, а врачи и
авторы научно-популярной литературы отдают предпочтение киселю из дроблёного
овса.
Проблема: Я пришёл к выводу, что и я, и мои близкие мало знаем о киселе как
напитке и о тех его свойствах, которые способствуют более быстрому излечению и
профилактике гастрита.
Цель работы: Выяснить почему кисель используют при лечении и профилактике
заболеваний ЖКТ и какой из трёх, выбранных для исследования, видов киселей
лучше защищает стенки желудка.
Исследовательский вопрос: Почему кисель приготовленный из дроблённого овса
полезнее киселей приготовленных из картофельного крахмала и овсяных хлопьев
«Геркулес»?
Гипотеза: Кисель, приготовленный из дробленого овса, лучше защищает стенки
желудка, так как имеет меньший коэффициент поверхностного натяжения и большую
вязкость.
Задачи:
1. Познакомиться с физиологическими особенностями ЖКТ по литературным
источникам.
2. Выяснить как правильно приготовить полезный кисель.
3. .Изучить необходимую физическую теорию.
4. Проверить экспериментально ранее выдвинутую гипотезу.
5. Обобщить результаты и сделать вывод.
Глава I. Физиологические особенности ЖКТ
Пищеварительный
тракт
взрослого
человека составляет 7-10 м, начинаясь ото
рта
и
заканчиваясь
анусом
(задним
проходом).
Пищеварение начинается во рту, где
пища
расщепляется
механически
и
подвергается первой химической обработке
слюной и энзимами (пищеварительными
ферментами).
Далее пища попадает в пищевод (25
см), где с помощью перистальтического
действия, т.е. волнообразных сокращений
мышечных стенок, пища продвигается к
желудку. При попадании пищи в желудок его емкость увеличивается.
Железы, находящиеся в слизистой оболочке желудка, выделяют желудочный
сок, который содержит воду, соляную кислоту, пепсин и другие ферменты. Под
действием желудочного сока пища в желудке становится кашицеобразной. Процесс
переваривания пищи в желудке длится приблизительно 3-4 часа. Внутреннее
содержимое желудка равномерно перемешивается и поступает в кишечник.
В тонкой кишке происходит большая часть процесса пищеварения. Благодаря
кишечным ворсинкам, находящимся внутри тонкой кишки, происходит важный
процесс всасывания аминокислот, углеводов, белков, солей и витаминов.
Подробнее остановимся на особенностях строения желудка.
Строение стенки желудка в общих чертах схоже со строением стенок всех полых
органов пищеварительного тракта. В ее структуре определяют четыре основных слоя
(изнутри к наружи): слизистая оболочка, подслизистая основа, слой мышц и серозная
оболочка.
Слизистая
оболочка
желудка
–
покрывает
сплошь
всю
внутреннюю
поверхность желудка. Слизистая выстлана цилиндрическими эпителиальными
клетками,
непрерывно
вырабатывающими
слизь
с
богатым
содержанием
бикарбоната. Слизь обволакивает стенки желудка изнутри и защищает их от
разрушения под действием кислоты и ферментов.
У здорового человека желудочные железы
вырабатывают муцин. Муцин выполняет важную
защитную
роль
–
из
него
формируется
двухслойный слизистый барьер, выстилающий
внутреннюю поверхность желудка. Этот барьер
обладает высокой клейкостью и вязкостью. Если
муцина достаточно, а соляной кислоты не больше
чем
нужно,
то
слизистая
желудка
надежно
защищена. Но случается содержание соляной
кислоты увеличивается. Или уменьшается количество выделяемого муцина. Тогда
может произойти самопереваривание желудка. И тогда у больного можно
обнаружить
участок
на
слизистой,
как
бы
с
воспаленной,
разрушенной
поверхностью, похожей на кратер. Это язва. Язва желудка причиняет мучительную
боль и очень осложняет жизнь человеку.
При язве желудка и других заболеваниях ЖКТ врачи рекомендуют исключить
или ограничить потребление продуктов раздражающих слизистую оболочку.
Рекомендуют
использовать
продукты
мало
возбуждающие
секрецию,
не
раздражающие слизистую оболочку и имеющие вязкую консистенцию. Именно
поэтому рекомендуемая диета для таких больных в основном состоит из каш и
киселя.
Глава II.
Немного о киселе.
Кисель на Руси славится издавна: летописец Нестор в «Повести временных
лет» поведал нам историю, как овсяный кисель спас город Белгород. Когда печенеги
осадили его, жители терпели страшный голод и решили уже было сдаться врагам, да
старец один надоумил сворить из последних остатков овса и меда кисель и опустить
его в колодец. На глазах печенежских парламентеров белгородцы черпали кисель из
колодца и ели. Увидя это, печенеги сказали: «Этот народ не победить - их сама земля
кормит», - сняли осаду, и ушли восвояси.
Конечно, надо иметь в виду, что кисели в те далекие времена были совсем не те
к которым мы привыкли сегодня, и готовили их из овса, ржи, пшеницы, гороха.
Чтобы сворить такой кисель, требовалось не несколько минут, а несколько дней. До
сих пор в названии московских Кисельных переулков сохранилась память о том, что
здесь раньше жили мастера – кисельники.
Фруктовые и ягодные сладкие кисели появились у нас сравн6ительно недавно,
в начале 19 века, вслед за распространением картофеля и началом производства
крахмала. Кисели почти не изменись за два столетия, только стали более жидкими.
Если старинные рецепты предлагали на 6 стаканов жидкости брать целый стакан
крахмала, то рецепты новые советуют на 1л жидкого киселя брать 40-40г (1,5ст.
ложки) крахмала, а чтобы сварить густой кисель – в два раза больше.
Варят кисели круглый год. Летом из свежих фруктов, ягод, ревеня, зимой – из
заготовленных соков, сиропов, варенья.
Рецепты киселей предложены в приложении 1.
Глава III. Поверхностное натяжение и вязкость жидкости.
Наиболее характерным свойством жидкости, отличающим ее от газа, является
то, что на границе с газом жидкость образует свободную поверхность, наличие
которой
приводит
к
возникновению
явлений
особого
рода,
называемых
поверхностными. Своим возникновением они обязаны особым физическим условиям,
в которых находятся молекулы вблизи свободной поверхности.
На каждую молекулу жидкости действуют силы притяжения со стороны
окружающих ее молекул, расположенных от нее на расстоянии порядка 10 -9 м
(радиус молекулярного действия). На молекулу M1, расположенную внутри жидкости
(рис. 1), действуют силы со стороны таких же молекул, и равнодействующая этих сил
близка к нулю.
Рис. 1
Для молекул M2 равнодействующие сил отличны от нуля и направлены внутрь
жидкости, перпендикулярно к ее поверхности. Таким образом, все молекулы
жидкости, находящиеся в поверхностном слое, втягиваются внутрь жидкости. Но
пространство внутри жидкости занято другими молекулами, поэтому поверхностный
слой создает давление на жидкость (молекулярное давление).
Чтобы переместить молекулу M3, расположенную непосредственно под
поверхностным слоем, на поверхность, необходимо совершить работу против сил
молекулярного давления. Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости
обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами
внутри жидкости. Эту энергию называют поверхностной энергией.
Очевидно, что величина поверхностной энергии тем больше, чем больше
площадь свободной поверхности. Пусть площадь свободной поверхности изменилась
на ΔS, при этом поверхностная энергия изменилась на
, где σ —
коэффициент поверхностного натяжения. Так как для этого изменения необходимо
совершить работу
То
Отсюда.
Единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ является джоуль на
квадратный метр (Дж/м2).
Коэффициент поверхностного натяжения — величина, численно равная
работе, совершенной молекулярными силами при изменении площади свободной
поверхности жидкости на 1 м2 при постоянной температуре.
Так как любая система, предоставленная сама себе, стремится занять такое
положение, в котором ее потенциальная энергия наименьшая, то жидкость
обнаруживает стремление к сокращению свободной поверхности. Поверхностный
слой жидкости ведет себя подобно растянутой резиновой пленке, т.е. все время
стремится сократить площадь своей поверхности до минимальных размеров,
возможных при данном объеме.
Например, капля жидкости в состоянии невесомости имеет сферическую
форму.
Поверхностное натяжение
Свойство поверхности жидкости сокращаться можно истолковать как
существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Молекула M1 (рис. 2),
расположенная на поверхности жидкости, взаимодействует не только с молекулами,
находящимися внутри жидкости, но и с молекулами, находящимися на поверхности
жидкости, расположенными в пределах сферы молекулярного действия. Для
молекулы M1 равнодействующая
молекулярных сил, направленных вдоль
свободной поверхности жидкости, равна нулю, а для молекулы M2, расположенной у
границы поверхности жидкости,
и
направлена по нормали к границам
свободной поверхности и по касательной к самой поверхности жидкости.
Рис. 2
Равнодействующая сил, действующих на все молекулы, находящиеся на
границе свободной поверхности, и есть сила поверхностного натяжения. В целом
она действует так, что стремится сократить поверхность жидкости.
Можно предположить, что сила поверхностного натяжения
прямо
пропорциональна длине l границы поверхностного слоя жидкости, ведь на всех
участках поверхностного слоя жидкости молекулы находятся в одинаковых
условиях:
Действительно, рассмотрим вертикальный прямоугольный каркас (рис. 3, а, б),
подвижная сторона которого уравновешена. После извлечения рамки из раствора
мыльной пленки подвижная часть перемещается из положения 1 в положение 2.
Учитывая, что пленка представляет собой тонкий слой жидкости и имеет две
свободные поверхности, найдем работу, совершаемую при перемещении поперечины
на расстояние h = a1 ⋅ a2: A = 2F⋅h, где F — сила, действующая на каркас со стороны
каждого поверхностного слоя. С другой стороны,
.
Рис. 3
Следовательно,
, откуда
.
Согласно этой формуле единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ
является ньютон на метр (Н/м).
Коэффициент поверхностного натяжения σ численно равен силе поверхностного
натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности
жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости,
от температуры и от наличия примесей. При увеличении температуры он
уменьшается.

При критической температуре, когда исчезает различие между жидкостью и
паром, σ = 0.
Примеси в основном уменьшают (некоторые увеличивают) коэффициент
поверхностного натяжения.
Таким образом, поверхностный слой жидкости представляет собой как бы
эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся
собрать ее в одну «каплю». Такая модель (эластичная растянутая пленка) позволяет
определять направление сил поверхностного натяжения. Например, если пленка под
действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет
направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения. Однако это состояние
существенно отличается от натяжения упругой резиновой пленки. Упругая пленка
растягивается за счет увеличения расстояния между частицами, при этом сила
натяжения возрастает, при растяжении же жидкой пленки расстояние между
частицами не меняется, а увеличение поверхности достигается в результате перехода
молекул из толщи жидкости в поверхностный слой. Поэтому при увеличении
поверхности жидкости сила поверхностного натяжения не изменяется (она не зависит
от площади поверхности).
Смачивание
В случае соприкосновения с твердым телом силы сцепления молекул жидкости
с молекулами твердого тела начинают играть существенную роль. Поведение
жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами
жидкости или сцепление молекул жидкости с молекулами твердого тела.
Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул
жидкости с молекулами твердых тел. Если силы притяжения между молекулами
жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости, то
жидкость называют смачивающей; если силы притяжения жидкости и твердого тела
меньше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют
несмачивающей это тело.
Одна и та же жидкость может быть смачивающей и несмачивающей по
отношению к разным телам. Так, вода смачивает стекло и не смачивает жирную
поверхность, ртуть не смачивает стекло, а смачивает медь.
Смачивание или несмачивание жидкостью стенок сосуда, в котором она
находится, влияет на форму свободной поверхности жидкости в сосуде. Если
большое количество жидкости налито в сосуд, то форма ее поверхности определяется
силой тяжести, которая обеспечивает плоскую и горизонтальную поверхность.
Однако у самых стенок явление смачивания и несмачивания приводят к искривлению
поверхности жидкости, так называемые краевые эффекты.
Количественной характеристикой краевых эффектов служит краевой угол θ угол между плоскостью касательной к поверхности жидкости и поверхностью
твердого тела. Внутри краевого угла всегда находится жидкость (рис. 4, а, б). При
смачивании он будет острым (рис. 4, а), а при несмачивании – тупым (рис. 4, б). В
школьном курсе физики рассматривают только полное смачивание (θ = 0º) или
полное несмачивание (θ = 180º).
Рис. 4
Силы, связанные с наличием поверхностного натяжения и направленные по касательной к
поверхности жидкости, в случае выпуклой поверхности дают результирующую, направленную
внутрь жидкости (рис. 5, а). В случае вогнутой поверхности результирующая сила направлена,
наоборот, в сторону газа, граничащего с жидкостью (рис. 5, б).
Если смачивающая жидкость находится на открытой поверхности
твердого тела (рис. 6, а), то происходит ее растекание по этой
поверхности. Если на открытой поверхности твердого тела
находится несмачивающая жидкость, то она принимает форму,
близкую к шаровой (рис. 6, б).
Рис. 5.
Рис. 6
Смачивание имеет важное значение как в быту, так и в промышленности. Хорошее
смачивание необходимо
при
крашении, стирке, обработке
фотоматериалов,
нанесении лакокрасочных покрытий, при склеивании материалов, при пайке, во
флотационных процессах (обогащение руд ценной породой). И, наоборот, при
сооружении гидроизоляционных устройств необходимы материалы, не смачиваемые
водой.
Капиллярные явления
Искривление поверхности жидкости у краев сосуда особенно отчетливо видно в
узких трубках, где искривляется вся свободная поверхность жидкости. В трубках с
узким сечением эта поверхность представляет собой часть сферы, ее называют
мениском. У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск (рис. 7, а), а у
несмачивающей — выпуклый (рис. 7, б). Так как площадь поверхности мениска
больше, чем площадь поперечного сечения трубки, то под действием молекулярных
сил искривленная поверхность жидкости стремится выпрямиться.
Рис. 7
Силы
поверхностного
натяжения
создают
дополнительное
(лапласово)
давление под искривленной поверхностью жидкости.
Если поверхность жидкости вогнутая, то сила поверхностного натяжения
направлена из жидкости (рис. 8, а), и давление под вогнутой поверхностью жидкости
меньше, чем под плоской, на
. Если поверхность жидкости выпуклая, то сила
поверхностного натяжения направлена внутрь жидкости (рис. 8, б), и давление под
выпуклой поверхностью жидкости больше, чем под плоской, на ту же величину.
а
б
Рис. 8

Эта формула является частным случаем формулы Лапласа, определяющей
избыточное давление для произвольной поверхности жидкости двоякой
кривизны:
где R1 и R2 — радиусы кривизны двух любых взаимно перпендикулярных
нормальных сечений поверхности жидкости. Радиус кривизны положителен, если
центр кривизны соответствующего сечения находится внутри жидкости, и
отрицателен, если центр кривизны находится вне жидкости. Для цилиндрической
поверхности (R1 = l; R2 = ∞) избыточное давление.
Если поместить узкую трубку (капилляр) одним концом в жидкость, налитую в
широкий сосуд, то вследствие наличия силы лапласова давления жидкость в
капилляре поднимается (если жидкость смачивающая) или опускается (если
жидкость несмачивающая) (рис. 9, а, б), так как под плоской поверхностью жидкости
в широком сосуде избыточного давления нет.
Рис. 9
Явления изменения высоты уровня жидкости в капиллярах по сравнению с уровнем
жидкости в широких сосудах называются капиллярными явлениями.
Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой
сила гидростатического давления столба жидкости уравновешивается силой
избыточного давления, т.е.
Откуда
. Если смачивание не полное θ ≠ 0 (θ ≠ 180°), то, как показывают
расчеты,
.
Капиллярные явления весьма распространены. Поднятие воды в почве, система
кровеносных сосудов в легких, корневая система у растений, фитиль и
промокательная бумага — капиллярные системы.
В реальных жидкостях почти никогда нельзя пренебречь и внутренним трением,
вязкостью; большинство интересных вещей в поведении жидкости так или иначе
связано с этим свойством.
Вязкость жидкости.
Вязкой называют жидкость, в которой между отдельными частицами существуют
такие силы притяжения, которые при перемещении одной части жидкости
относительно другой сдерживают движение слоев. Очевидно, что все жидкости
должны быть вязкими, так как между реальными молекулами всегда существуют
силы не только притяжения, но и отталкивания.
Равновесие между этими силами и обусловливает равновесное состояние
жидкости. Если один из слоев жидкости вывести из состояния равновесия и
перемещать его с некоторой скоростью относительно другого, то силы притяжения
частиц будут тормозить это движение.
В равновесном состоянии частицы будут располагаться таким образом, что
разность между силами притяжения и отталкивания равна нулю. Если это не
соблюдается, то молекулы будут перемещаться относительно друг друга до тех пор,
пока вновь не наступит состояние равновесия. Если под действием какой-либо силы
жидкость привести в движение
перемещаться с ускорением
возникнет
сила
трения,
таким образом, что один из слоев
будет
по отношению к другому слою, то между слоями
стремящаяся
выровнять
скорости
движения
слоев
относительно друг друга и вернуть их в состояние равновесия.
Вязкость жидкости характеризуется коэффициентом вязкости, имеющим
размерность [] = кг/мс.
Глава
IV.
Экспериментальные
методы
определения
коэффициента
поверхностного натяжения и вязкости.
1. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом
отрыва капель
2. Метод проволочной рамки.
3. Метод кольца..
4. Метод компенсации давления Лапласа.
5. Метод капиллярных волн.
6. Метод капли и пузырька.
Три последних метода для меня на данном этапе оказались сложными, я
надеюсь с ними серьёзно познакомиться в старших классах.
Для измерения вязкости мною в работе будет использован метод Стокса. Этот
метод определения вязкости основан на измерении скорости падения в жидкости
медленно движущихся небольших тел сферической формы.
В своей работе я исследовал такие свойства киселей, как поверхностное
натяжение и вязкость, выбор остановил на этих параметрах, так как поверхностное
натяжение - способность жидкости проникать в мелкие капилляры и растекаться по
поверхности, а вязкость характеризует трение между слоями жидкости, которая
попала в желудок.
Из вышерассмотренной теории известно, что молекулы поверхностного слоя
жидкости притягиваются только молекулами внутренних слоев. Молекулы,
находящиеся на поверхности, под действием результирующей силы притяжения
втягиваются внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при
котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном ее
объеме. Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на
жидкость,
стягивая
ее
поверхность
к
минимуму.
Этот
эффект
называют
поверхностным натяжением. Чем меньше поверхностное натяжение жидкости, тем
легче жидкость проникает в ткани, тем быстрее и выше поднимается в капиллярах.
Для измерения поверхностного натяжения мною выбран один из наиболее
простых - метод отрыва капель.
В случае медленного вытекания жидкости из малого отверстия размер
образующихся
капель
зависит
от
плотности
жидкости,
коэффициента
поверхностного натяжения, размера и формы отверстия, а также от скорости
истечения.
В момент отрыва капли от капельницы вес капли должен быть равен
равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих по длине, равной
протяженности контура шейки капли в самой ее узкой части. Таким образом, можно
записать mg = 2πrσ
Решая данное уравнение относительно σ, получим:
σ=mg/2πr или σ=mg/πd
В работе использовалось следующее оборудование: весы с разновесами,
штангенциркуль, тонкостенный стакан, капельница.
Порядок проведения эксперимента
1. С помощью штангенциркуля я измерил внутренний диаметр наконечника
капельницы.
2. С помощью весов определил массу пустого стакана.
3. Накапал в стакан 200 капель киселя и определил массу стакана с киселём.
4. Определил массу одной капли киселя.
5. Вычислил коэффициент поверхностного натяжения киселя.
6. Повторил эксперимент для трёх видов киселей при различных температурах.
Измерять вязкость жидкости будем методом Стокса.
Описание эксперимента
Для измерения коэффициента внутреннего трения
жидкости мною взят стеклянный цилиндрический сосуд, в
который был налит кисель. На цилиндр нанесены
две
отметки А и В. Верхняя отметка нанесена с таким расчетом,
чтобы шарик, проходя мимо нее, имел уже установившуюся
скорость. В качестве падающих тел мною был использован
сухой горох.
Порядок проведения эксперимента
1. Экспериментально определил плотность гороха и трёх видов киселей.
2. На цилиндре отметил в точку А начала отсчета времени равномерного падения
горошины. Отсчитав вниз по движению горошины расстояние 10см, отметил точку
В, в которой заканчивал измерение времени движения шарика.
3. Измерил штангенциркулем диаметр горошины.
4. Опустил шарик в сосуд с жидкостью и измерил секундомером время его движения
между метками.
Примечание: во избежание прилипания к шарику пузырьков воздуха, нарушающих
проведение опыта, я его предварительно покатал в пальцах, смоченных небольшим
количеством исследуемого киселя.
5. Повторил несколько раз опыт, описанный в пункте 4.
6. Рассчитал значение вязкости жидкости по формуле: η = 2R2t(ρш-ρк)g/9L
Описание результатов эксперимента.
Мною были приготовлены 3 различных образца киселя:
1) из обычного картофельного крахмала
2) из размельченных овсяных хлопьев «Геркулес»
3) из измельченных в кофемолке зерен цельного овса.
Для приготовления киселей брал одинаковое количество воды
и одинаковую
массу исходного сухого сырья. Все образцы подвергал тепловой обработке в течение
одинакового количества времени.
Результаты измерения коэффициента поверхностного натяжения всех трёх
киселей при двух температурах занесены в таблицы.
M1 - масса пустого стакана
M2 – масса стакана с жидкостью
m – масса 1 капли киселя
N– количество капель киселя
d - диаметр отверстия капельницы
σ
–
коэффициент
поверхностного
натяжения
σ=mg/(πd) – рабочая формула
Таблица №1.
№ опыта, образец М1,
кг
М2,
кг
М= М2 -М1, m= М/N, d,
кг
кг
м
σ,
Н/м
0,00405
0,00926
0,00521
0,0001042 0,005
0,065108
0,00405
0,00943
0,00538
0,0001076 0,005
0,06723
кофемолке зерен 0,00405
0,00793
0,00388
0,0000776 0,005
0,04849
0,00405
0,00912
0,00507
0,0001014 0,005
0,06336
овсяных хлопьев 0,00405
0,00923
0,00518
0,0001036 0,005
0,06473
0,0079
0,00385
0,000077
0,048113
Температура жидкости 35 ºС
1.Кисель
из
картофельного
крахмала
2.
Кисель
из
размельченных
овсяных хлопьев
«Геркулес»
3.
Кисель
из
измельченных в
овса.
Температура жидкости 50ºС
1.Кисель
из
картофельного
крахмала
2.
Кисель
из
размельченных
«Геркулес»
3.
Кисель
из
измельченных в
кофемолке зерен 0,00405
овса.
0,005
Анализ результатов исследования, позволяет сделать вывод, о том, что
наименьшим поверхностным натяжением, а, следовательно, и большей проникающей
способностью
в различные
мелкие отверстия
и
сосуды
обладает кисель,
приготовленный из размельченных зерен овса. На втором месте по величине
коэффициента поверхностного натяжения находится кисель, изготовленный из
картофельного крахмала. А вот кисель, изготовленный из овсяных хлопьев, которые
подвергались предварительной промышленной обработке, занимает последнее место
в нашем рейтинге.
Кроме того, я заметил, что с ростом температуры величина коэффициента
поверхностного натяжения киселей уменьшается для всех трёх образцов.
Исследовав поверхностное натяжение, я приступил к изучению вязкости
образцов при комнатной температуре (25ºС).
Первым делом рассчитал плотность вещества шарика. Для этого в мензурку с
водой поместим 60 горошин, из объема жидкости вместе с горохом вычтем
первоначальный объем жидкости, получим объём опущенного в воду гороха. Затем
массу гороха разделим на объём гороха и определим его плотность.
Далее по очереди рассчитал плотности всех трёх образцов киселей,
предварительно определив методом взвешивания массы и с помощью мензурки
объемы жидкостей.
Результаты измерений и расчетов представлены в таблице 2.
Таблица №2
№
Путь,
Радиус
Время
Плотность
Плотность
Вязкость
опыта
пройденный
шарика
падения
жидкости
шарика
шариком l, м
R, м
t,с
ρ0, кг/м3
кг/м3
η, кг/мс
ρ, жидкости
Кисель, изготовленный из картофельного крахмала
1
0,16
0,0006
1,21
1003,43
1228,9
0,001338
2
0,16
0,0006
1,18
1003,43
1228,9
0,001304
3
0,16
0,0006
1,09
1003,43
1228,9
0,001205
4
0,16
0,0006
1,13
1003,43
1228,9
0,00125
5
0,16
0,0006
1,15
1003,43
1228,9
0,001272
ηср = 0,001274 кг/мс
Кисель, изготовленный из овсяных хлопьев «Геркулес»
1
0,16
0,0006
1,1
1035,71
1228,9
0,001042
2
0,16
0,0006
0,86
1035,71
1228,9
0,000815
3
0,16
0,0006
0,75
1035,71
1228,9
0,000710
4
0,16
0,0006
0,91
1035,71
1228,9
0,000862
5
0,16
0,0006
0,9
1035,71
1228,9
0,000853
ηср = 0,000856 кг/мс
Кисель, изготовленный из размолотого овса.
1
0,16
0,0006
0,68
1031,43
1228,9
0,000659
2
0,16
0,0006
0,51
1031,43
1228,9
0,000494
3
0,16
0,0006
0,72
1031,43
1228,9
0,000697
4
0,16
0,0006
0,69
1031,43
1228,9
0,000668
5
0,16
0,0006
0,8
1031,43
1228,9
0,000775
ηср = 0,000659 кг/мс
Наименьший коэффициент вязкости при комнатной температуре оказался у
киселя, сваренного из размолотого овса. Следовательно, трение между слоями
данного киселя наименьшее и соответственно он лучше защищает стенки желудка от
повреждений.
7. Заключение
На начальном этапе работы мною был сформулирован исследовательский
вопрос: «Почему кисель приготовленный из дробленого овса полезнее киселей
приготовленных из картофельного крахмала и овсяных хлопьев «Геркулес»?
Мною была выдвинута гипотеза: если кисель из овса врачи считают более
эффективным при лечении гастритов, то значит, он должен способствовать лучшей
защите стенок желудка от механических повреждений, а следовательно у него
должны быть меньше чем у других киселей коэффициенты поверхностного
натяжения и вязкости.
Результаты эксперимента подтвердили выдвинутую ранее гипотезу.
Познакомившись с анатомией и физиологией желудка по литературным
источникам, я узнал, что слизистая оболочка желудка – покрывает сплошь всю
внутреннюю поверхность желудка. Слизь обволакивает стенки желудка изнутри и
защищает их от разрушения под действием кислоты и ферментов.
У здорового человека желудочные железы вырабатывают муцин. Муцин
выполняет важную защитную роль – из него формируется двухслойный слизистый
барьер, выстилающий внутреннюю поверхность желудка. Этот барьер обладает
высокой клейкостью и вязкостью.
Проведя эксперимент, я выяснил, что образец №3 имеет меньший коэффициент
поверхностного натяжения, а, следовательно, он лучше смачивает стенки желудка.
На мой взгляд, большая вязкость (трение между слоями жидкости) киселя из
дроблёного овса позволяет лучше защитить стенки желудка от механических
повреждений и разъедания соляной кислотой.
Так как с повышением температуры у всех трёх образцов происходило
уменьшение коэффициента поверхностного натяжения, то стало понятно, почему
врачи рекомендуют пить кисель обязательно тёплым.
Обобщив результаты исследований можно отметить, что наиболее полезен для
организма кисель, изготовленный из размолотых зерен овса. Он не только содержит
большое количество клетчатки, необходимой для правильного пищеварения, но
обладает малым поверхностным натяжением и малым коэффициентом вязкости.
Литература
1. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб.
пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования /
Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.:
Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 178-184.
2. Кикоин А.К. О силах поверхностного натяжения // Квант. — 1983. — № 12. —
С. 27-28
3. Покровский А.А., Зворыкин Б.С. и др. Демонстрационные опыты по
молекулярной физике и теплоте. – М., 1960.
4. Покровский А.А., Зворыкин
Б.С. Фронтальные лабораторные занятия по
физике в средней школе. – М., 1956.
5. http://www.webknow.ru/fizika_00231_5.html
6. Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина,
кафедра физики. Лабораторная работа № 166. Определение вязкости жидкости
по методу Стокса (лабораторный практикум).
7. http://unisal.ru/stati/poleznaya-informatsiya/stroenie-zheludotchno-kishetchnogotrakta.html - Строение желудочно-кишечного тракта
8. http://www.tiensmed.ru/illness/iazva2.html -Желудок - анатомия и физиология
9. «Я познаю мир. Медицина», М., АСТ 1997 год, стр 154 -156