Задание №1: Ученику необходимо написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).

«Разбитая чашка детства»

Хрупкость и незащищенность этого мира замечаешь только тогда, когда происходит непоправимое - смерть человека, потеря семейной реликвии, прощание с детством. Всё не перечислить – так много мы теряем в этой жизни. И так много мы приобретаем, чтобы снова потерять. Привыкаем к потерям и даже начинаем их планировать – таково всеобщее средство лечения боли утрат.

Яркое впечатление детства – красивая чайная чашка на столе. Протянутая рука – и падение чашки на пол как в замедленной съемке. Осколки и чувство вины. Первое желание, первый шаг - всё можно поправить! Как?

Допустим, вы разбили чашку на две части, а затем аккуратно сложили (О, спасение!) так, что трещина оказалась почти незаметной. Но разжали пальцы – она снова распалась. Почему не разваливается целая чашка, а половинки разбившейся чашки не удерживаются вместе?

Выход всегда есть. Скрепить половинки разбитой чашки вам поможет соответствующий клей. Каким образом? Должен ли клей обязательно липким? Должен ли он быть жидким? Почему, например, для склеивания чашки одни клеи пригодны, а другие нет? Почему более твердые тела склеиваются труднее? Почему рекомендуется склеиваемые детали крепко прижимать друг к другу? Существуют ли материалы, которые не поддаются никакому клею?

Но есть и другие способы соединения двух частей в одно целое, когда предъявляются более повышенные требования к прочности изготовляемой вещи. Это сварка, паяние и ковка металлических изделий. Что общего между склеиванием деревянных изделий, сваркой металлов, ковкой и паянием их? В чем различие этих способов соединения металлических деталей?

Изредка возникают прямо противоположные ситуации, когда приходится опасаться, чтобы предметы не склеивались без клея. Например, куски замазки, глины или пластилина или даже мясного фарша (в образе котлет) могут приклеиваться друг к другу или к руке человека. Почему?

Или совсем недавняя история. В первое время, когда только начались полеты космических кораблей с экипажами на борту, существовала реальная опасность, что металлическая подошва ботинка космонавта может самопроизвольно «приклеиваться» к металлической обшивке корабля. Чем обусловливалось такое опасение?

Любой клей используемый людьми может склеить ограниченное количество твердых тел, состоящих из разных веществ. Например, существует клей столярный для склеивания деревянных изделий или клей для склеивания резины. Существую клеи, которые могут склеивать достаточно большой спектр тел из разных веществ. Почему же до сих пор не изобретен суперклей, который все клеит?

Невозможно получить результат, который всех всегда устраивал. Что-нибудь да будет идти наперекосяк. От того, кто мы - оптимисты или пессимисты, будет зависеть в этом мире только то, как мы воспринимаем этот мир. Стакан наполовину полон или наполовину пуст – субъективный образ реального мира. Мир таков, каков он есть и больше ни каков. Мы должны быть благодарны природе, что самопроизвольное склеивание – не столь уж частое явление, иначе мир давно бы превратился в какое-то липкое месиво.

 

Ответ на задание Прибыльщикова Сергея

(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)

 

Когда я прочитал задание, то сразу мне вспомнился рассказ А.Гайдара «Голубая чашка», в котором тоже есть чашка, и она тоже разбилась:

А утром — еще новое дело! Только что мы проснулись, подходит Маруся и спрашивает:

— Лучше сознавайтесь, озорной народ, что в чулане мою голубую чашку разбили!

А я чашки не разбивал. И Светлана говорит, что не разбивала тоже. Посмотрели мы с ней друг на друга и подумали оба, что уж это на нас Маруся говорит совсем напрасно.

Но Маруся нам не поверила.

— Чашки, — говорит она, — не живые: ног у них нет. На пол они прыгать не умеют. А кроме вас двоих, в чулан никто вчера не лазил. Разбили и не сознаетесь. Стыдно, товарищи!

 Почему же не разваливается целая чашка, а половинки разбившейся чашки не удерживаются вместе? Раньше, я не мог ответить на этот вопрос, но сейчас, изучая физику, я знаю, что все тела состоят из молекул, а между молекулами существует взаимное притяжение, т.е каждая молекула притягивает к себе соседние молекулы и притягивается сама к ним; причем притяжение это достаточно сильное, поэтому чашка сохраняет свою форму. А когда чашка распадается на половинки, то нарушается молекулярная связь. Притяжение молекул внутри половинок чашек больше, чем между половинками, а так как молекулярная связь между половинками разрушилась, то вот они и распадаются.

Мне рассказывали, что когда я был совсем маленьким, то очень часто выпив из кружки молоко или сок, я просто выкидывал ее через плечо на пол. Таким образом, за свое детство я перебил много кружек. Маме пришлось ставить мне на обед пластмассовую или железную посуду. Сейчас я не бью посуды, хотя если это случится, то смогу склеить ее. Вы спросите, каким образом?

Должен ли клей быть липким? Должен ли быть жидким? Почему, например, для склеивания чашки одни клеи пригодны. А другие нет. Почему твердые тела склеиваются труднее? Почему рекомендуется склеиваемые детали крепко прижимать друг к другу? Существуют ли материалы, которые не поддаются никакому клею?

Клей обязательно должен быть липким, иначе притяжение молекул будет меньше, и соединение не будет прочным. Клей должен быть в жидком состоянии, потому что тогда он легче проникает в «полости» вещества, которое он склеивает. Есть разные клеи, одни могут склеивать пористые вещества, путем взаимного проникновения, а есть клей, который растворяет вещество, и происходит «смешивание» молекул растворенного вещества, при этом образуется растворенная смесь или раствор. Действие клея основано на явлении, которое называется диффузией, то есть происходит взаимное проникновение молекул клея и вещества, из которого состоит тело. А так как в твердых телах диффузия происходит медленнее, то для ускорения рекомендуется склеиваемые детали крепче прижимать друг к другу. В твердых телах, особенно в металлах, промежутки между молекулами ничтожно малы, и использовать клей, проникающий в полости вещества бесполезно. Можно использовать, конечно, клей, растворяющий молекулы. Но если вещество очень плотное (например - сталь), и предъявляются высокие требования к прочности соединения, то используют сварку, паяние, ковку или плавку.

Что общего между склеиванием деревянных изделий, сваркой металлов, ковкой и паянием их? В чем различие этих способов соединения металлических деталей?

Для начала, давайте разберемся, что это за способы соединения?

Сварка — процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межмолекулярных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также в медицине.

Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей. Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.

Ковка или кование — обработка давлением, посредством которой тягучий металл (в нагретом состоянии) уплотняется, сращивается, или получает желаемую форму. Ковку, как правило, производят при нагреве металла до так называемой ковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода. Для стали температурный интервал 800—1200 °С., для алюминиевых сплавов — 420—480 °С.

Я считаю: общее между этими способами соединения и склеиванием то, что все они основаны на притяжении молекул друг к другу. А различие от склеивания в том, что при ковке, пайке и сварке используется нагрев, высокая температура позволяет молекулам двигаться быстрее. А значит, быстрее происходит притяжение молекул, и соединение становится прочнее.

Почему же иногда возникают ситуации, когда приходится опасаться, чтобы предметы не склеивались без клея?

Притяжение между молекулами в разных веществах неодинаково, и становится, заметно, только когда они находятся очень близко друг к другу. Замазка, глина, пластилин, и даже мясной фарш имеют вязкую консистенцию, да и, кроме того, в составе их есть клейкое вещество. Все эти вещества размягчены и их части хорошо сближаются друг с другом, плотно прилегают к поверхности рук, поэтому они легко прилипают и склеиваются.

Почему же до сих пор не изобретен суперклей, который все клеит?

Возможно, в недалеком будущем современные нанотехнологии позволят создать такую среду, в которой любые вещества, независимо от состояния, прочности, плотности будут склеиваться. В настоящее время, хотя уже существующие клеи имеют большой спектр применения, но все же, мир веществ настолько разнообразен, все вещества такие разные, разные их характеристики, их условия использования, и применяемые технологии не позволяют создать условия для изобретения суперклея.

 

Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.

 

Работа над ошибками

 

В воде рек, озер и прудов на любой глубине всегда имеется «растворенный» кислород и другие газы, входящие в состав воздуха. Объяснить это явление.

Правильный ответ: Кислород в воду попадает с поверхности воды, так как происходит диффузия между воздухом атмосферы и водой. Посредством диффузии вода насыщается не только кислородом, но и другими газами, входящими в состав атмосферы.

1 вариант: Воды рек, озер и прудов состоят из молекул воды. А молекулы воды состоят из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. Именно из-за этого атома кислорода и получается, что кислород есть в водных водоемах.

Ответ неправильный, так как атом кислорода входящий в состав молекулы воды и есть, по сути, сама вода. Без этого атома кислорода нет молекулы воды. Данное молекулярное соединение настолько прочное, что в обычных земных условиях распад молекулы воды на кислород и водород не возможен.

2 вариант: В воде есть множество водорослей, они, как и наземные растения, дышат углекислым газом, а выдыхают кислород, значит, в водоёмах, кроме кислорода, есть ещё и углекислый газ.

Ответ неправильный, так как все живые организмы дышат одинаково - потребляя кислород, выделяют углекислый газ. Но в растениях, а водоросли относятся к растениям, протекает процесс фотосинтеза, при котором идёт поглощение углекислого газа и выделение кислорода, но только в дневное время.

3 вариант: Молекулы кислорода могут попадать из дна и с поверхности.

Земная кора до глубины 10 – 15 км почти на 50 % ее веса состоит из кислорода. Песок содержит 53 % кислорода, в глине его – 56 %, в составе воды – около 89 %, а ведь одна только вода покрывает 2/3 поверхности земного шара. Несмотря на то, что из всех веществ природы кислород наиболее распространен, ответ неверен, потому что воздух может попадать со дна только при условии, что под водоёмом есть пустота наполненная воздухом, что крайне маловероятно. Кислород находится в земной коре в виде соединений, то есть не является свободным.

 4 вариант: В реках, озерах и прудах остается кислород. Он остается, когда в воду упал песок или в воде просто дышат цветки. Там выходит кислород, и некоторый остается в воде, не всплывая на поверхность.

Ответ неверен, потому что песок в воду падает не так часто, а организмам в воде кислород требуется постоянно. Во-вторых, когда цветки дышат, то они, наоборот, кислород поглощают.