OBRADA NASTAVNE JEDINICE

POVRINSKI NAPON I KAPILARNE POJAVE

ZA GIMNAZIJE

- DIPLOMSKI RAD -

MENTOR: KANDIDAT:

dr Duanka Obadovi ,red.prof. Banjari Aniko

Novi Sad, 2o1o.

Page 2

SADRAJ

1. UVOD......................................................................................................................4 2. ISTORIJAT..............................................................................................................5 3. TEORIJSKI DEO.....................................................................................................10 3.1 Meumolekularne sile....................................................................................10 3.2 Povrinski sloj tenosti...................................................................................12 3.3 Potencijalna energija povrinskog sloja........................................................14 3.4 Sila povrinskog napona.................................................................................15 3.5 Pritisak ispod zakrivljene povrine tenosti...................................................20 3.6 Dopunski pritisak za sfernu povrinu...........................................................22 3.7 Kapilarne pojave.............................................................................................24 3.8 Znaaj kapilarnih pojava i povrinskog napona...........................................33 4. ZNAAJ DEMONSTRACIONIH OGLEDA U NASTAVI FIZIKE...................................36 5. OBRADA NASTAVNE JEDINICE:POVRINSKI NAPON I KAPILARNE POJAVE........39 5.1. Predlog demonstracionih ogleda.................................................................43 5.1.1 Opna od sapunice........................................................................................43 5.1.2 Plutani ep...................................................................................................45 5.1.3 Spajalica na povrini vode...........................................................................46 5.1.4 Platoov ogled................................................................................................47 5.1.5 Da li e voda iscureti?..................................................................................48 5.1.6 Razbeani biber............................................................................................49 5.1.7 Kako moe voda da se zadri u situ?...........................................................50 5.1.8 Koliko novia da ubacimo?.......................................................................51 5.1.9 Kako podii kuglicu od voska a da je ne dodirnemo..................................52 5.1.10 Obojena salveta...........................................................................................53 6. ZAKLJUAK.........................................................................................................54 7. LITERATURA........................................................................................................55 Kratka biografija........56 Kljuna dokumentacijska informacija......57

Page 3

PREDGOVOR

Banjari Aniko

Novi Sad, 2o1o.

Najiskrenije se zahvaljujem mentoru, dr Duanki Obadovi, na

predloenoj temi, uputstvima i korisnim sugestijama tokom izrade

ovog diplomskog rada.

Page 4

1. UVOD

Sva iva bia na Zemlji, kao i mi sami, stalno su u neprekidnom kontaktu sa fluidima. Kreemo se kroz njih, plivamo u njima, udiemo ih, pijemo ih... Najdragoceniji fluid prisutan u svakodnevnom ivotu je voda. Posmatranjem razliitih prirodnih fenomena koji su im poznati i dostupni, uenici postavljaju niz pitanja: Zato su sitne kapi tenosti sfernog oblika? Kako moe voda da se zadri u situ? Kako voda iz Zemlje stie do najviih grana i listova drvea? Kako insekti hodaju po povrini vode?... U prirodi ne postoji pojava koja nema svoj uzrok, svaka je uslovljena nekom drugom pojavom. Ceo svet, koji nas okruuje, izgraen je od molekula, atoma, siunih nevidljivih estica ija svojstva i kretanja odreuju osobine makroskopskih tela. Ako bi trebali ukratko da definiemo pojam fluida i da razumemo njihove osobine, potrebno je da se udubimo u strukturu fluida do molekularnog nivoa, odnosno da analiziramo meumolekularne sile. Da bismo zadovoljili radoznalost uenika, kao i ljudskog duha u optem sluaju, nije dovoljno samo poznavanje ponaanja materijalnih tela kao celine u svim svojim pojavnim oblicima, ili poznavanje naina na koji se odigravaju interakcije izmeu njih, neophodno je takoe analizirati mikrostrukturu supstance, kao i elementarne procese ija e sveobuhvatnost izazvati vidljive pojave. Da bismo takva ispitivanja doveli do konanog cilja potrebne su usavrene eksperimentalne tehnike, koje doputaju otkrivanje krajnjih elementarnih delova. Tehnika proiruje i produbljuje prirodne nauke usavravanjem njegovih sredstava, zadire u odnos prirode prema oveku, menja njegovu okolinu i na taj nain neprekidno predoava prirodno nauni aspekt sveta.

U ovom radu prikazana je obrada nastavne jedinice Povrinski napon i kapilarne pojave za uenike gimnazija. Pored kratkog osvrta na istorijat i detaljnu teorijsku obradu, istaknut je znaaj demonstracionih ogleda u nastavi fizike i prikazani su odreeni ogledi na osnovu kojih uenici na najjednostavniji nain mogu da prikau i razumeju pojavu povrinskog napona i kapilarne pojave, kao njegovu posledicu.

Page 5

2. ISTORIJAT

U nastavnom procesu, istorijskom pregledu i analizi istorijskog razvoja, treba posvetiti posebnu panju. Na taj nain se uenicima moe pokazati da je fizika nauka koja se neprekidno razvija i obnavlja. Treba ukazati na to da su pod uticajem praktinih potreba nastala nauna istraivanja i da je razvoj tehnike davao nove impulse daljem razvoju nauke. Na osnovi predavanja iz istorije fizike uenicima se moe obajsniti da svaki zakon i teorija predstavljaju samo deo razvoja nauke i da je esto postojao veliki interval izmeu raanja ideje i njene realizacije. Nastava proeta istorijskim materijalom pomoi e uenicima da kompletnije razumeju fiziku i proirie njihovo opte obrazovanje i kulturu.

Po nekim istorijskim dokumentima, Leonardo da Vini (Leonardo da Vinci, 1452-1519.god.) se smatra prvim koji je prouavao kapilarne pojave, ali prva tana zapaanja, o privlaenju estica stakla i tenosti u cevima pripisuje se Frensis Hoksbiju (Francis Hauksbee, 1666-1713.god.). On je primetio da je efekat isti i u debljim cevima, a ne samo u tankim cevicama i zakljuio je da su samo one estice stakla, koje su veoma blizu povrine, imale bilo kakav uticaj na ovaj fenomen.

Plato ozef Antoan Ferdinand (Plateau Joseph Antoine Ferdinand,1801-1883.god.) belgijski fiziar, koji se uglavnom bavio pitanjima iz oblasti optike, ali deo njegovog izuavanja predstavljali su, takoe, kapilarnost i povrinski napon (slika 2.1).

Slika 2.1. Plato, ozef Antoan Ferdinand

Polazna taka za ovu istragu je bio dogaaj iz 1840.godine kada je sluga sluajno prolio ulje u meavinu vode i alkohola. Plato je primetio da kapi ulja formiraju

Page 6

savrenu sferu u toj meavini. Posle ovog sluajnog dogaaja sproveo je niz eksperimenata sa sapunicom i glicerinom u koje je potopio razliite iane konture. 1858.godine eksperimentalnim putem je dokazao da opna, zbog sile povrinskog napona, zauzima najmanji mogui oblik. On nije dovoljno poznavao matematiki aparat da bi sa teorijskog aspekta dublje istraio problem.

Tomas Jang (Thomas Young,1773-1829.god.), naunik koji je 1802.godine postavio teoriju kapilarnih pojava na osnovu principa povrinskog napona (slika 2.2). Bavio se pitanjem konstantnosti ugla kvaenja izmeu povrine tenosti i vrstog tela. Njegov esej sadri reenje za veliki broj problema, ukljuujui i neke koje je kasnije reavao Laplas, ali ogledi, iako su uvek bili tani, ponekad su bili i nejasni zbog izbegavanja matematikih problema. Obrazloenje pojave se zasnivalo na tome da estice deluju jedna na drugu putem dve razliite sile od kojih privlana sila deluje jae na veim meusobnim rastojanjima od odbojne sile.

Slika 2.2. Tomas Jang

On tvrdi da privlana sila ne menja vrednost, dok odbojna sila vrlo brzo raste sa smanjivanjem rastojanja. Time je pokazao da estice koje se nalaze na povrini tee ka unutranjosti tenosti i doao do zakljuka da je rezultujua sila koja deluje na esticu proporcionalna zbiru zakrivljenosti povrina u dve normalne ravni pod pravim uglom jedna na drugu. Poznata Thomasova jednaina je :

, , , cos 0 (1)

Page 7

Pjer Simon Laplas (Pierre Simon Laplace,1749-1827.god.)francuski matematiar i astronom prouavao je rezultujue sile koje deluju normalno na povrinu tenosti u beskonanom tankom sudu (slika 2.3).

Slika 2.3. Pjer Simon Laplas

Rezultati eksperimenata koje je vrio su u mnogim aspektima bili identini sa predhodnim eksperimentima, ali je metoda dolaska do njih je bila potpuno razliita. U potpunosti je sproveo matematike proraune. Laplas je izveo jednainu povrine tenosti iz uslova da rezultujua sila koja deluje na estice na povrini mora biti normalna na tu povrinu. Meutim njegovo objanjenje za porast nivoa tenosti u kapilarima zasniva se na pretpostavci konstantnosti ugla kvaenja za iste tenosti i vrsta tela, za koju nije imao zadovoljavajui dokaz. Izveo je obrazac za pritisak u unutranjosti tenosti ispod zakrivljene povrine:

(2)

Don Lesli (Sir John Leslie,1766-1832.god.), kotski fiziar i matematiar koji je dao ispravno objanjenje za podizanje tenosti u sudu razmatranjem privlaenja suda i veoma tankog sloja tenosti (slika 2.4).

Slika 2.4. Don Lesli

Page 8

On je pokazao da je privlana sila svuda normalna na povrinu vrste materije. Direktan uticaj privlaenja je da se povea pritisak sloja tenosti u konatktu sa vrstim telom kako bi bio vei od pritiska u unutranjosti tenosti. Rezultat ovog pritiska je da se tenost podie na zid suda.

Karl Fridrih Gaus (Carl Friedrich Gauss,1777-1855.god.) nemaki fiziar i matematiar koji je napravio veliki korak u nauci primenivi zakon odranja energije (slika 2.5). On je formirao izraz za zbir svih potencijalnih energija koje potiu iz zajednikog delovanja parova estica. Sastoji se iz tri dela, prvi zavisi od delovanja gravitacije, drugi od uzajamnog delovanja izmeu estica tenosti, a trei od interakcije izmeu estice tenog i vrstog tela.

Slika 2.5. Karl Fridrih Gaus

Johan Andreas fon Zegner (Johann Andreas von Segner,1704-1777.god.) maarski fiziar i matematiar, 1751. godine je uveo jednu vanu ideju o povrinskom naponu tenosti uporeujui je sa membranom (slika 2.6).

Slika 2.6. Johan Andreas fon Zegner

Page 9

Doao je do zakljuka da zategnutost povrine tenosti ne zavisi od veliine njene povrine, odnosno ista je za istu tenost dok kod membrane to nije sluaj. Pokuao je da istrauje sile koje deluju izmeu konanih delova tenosti na isti nain kao to je to primenjivao i kod konanih delova elastinih tela. U pokuaju da se izrauna efekat povrinskog napona kod kapi, on je uzeo u obzir zakrivljenost ravni meridijana, ali je zanemario uticaj krivine pod pravim uglom na ovu ravan.

Etve Lorand (Etvs Lornd,1848-1919.god.) maarski fiziar, bavio se fenomenom kapilarnosti (slika 2.7). Razvio je novi metod za merenje povrinskog napona, metod refleksije. Teorijski je dokazao da postoji zavisnost izmeu povrinskog napona tenosti na razliitim temperaturama i molekularne teine i predstavlja poznati Etveov zakon.

Slika 2.7. Etve Lorand

Page

10

3. TEORIJSKI DEO

3.1 MEUMOLEKULARNE SILE

Da bi se razumele makroskopske osobine fluida neophodno je poznavati osnovna svojstva meumolekularnih sila. Molekuli i atomi tenosti, odnosno gasova nalaze se u stanju haotikog termikog kretanja, pri emu imaju razliite brzine tj. razliite kinetike energije. U tenom stanju molekuli su relativno blizu jedan drugom. Kako je srednje rastojanje izmeu susednih molekula malo, na njihova kretanja utiu i meusobne interakcije. Sile kojima ti konstituenti meusobno deluju i koje ih dre na okupu nazivaju se meumolekularne sile. Dejstvo privlanih sila brzo opada sa rastojanjem i ogranieno je sferom molekularnog dejstva. Svojstvo meumolekularnih sila da deluju samo izmeu najbliih suseda zove se zasienost.

Interakcija izmeu dva molekula jednostavnije se moe opisati pomou potencijalne energije njihove meusobne interakcije (slika 3.1). Predpostavimo da se dva molekula nalaze na izvesnom rastojanju r.

Slika 3.1. Potencijalna kriva meumolekularne interakcije

Page

11

Ukoliko je ovo rastojanje mnogo vee od prenika samog molekula, meumolekularna sila njihovog uzajamnog delovanja je praktino zanemarljiva. Smanjivanjem meusobnog rastojanja privlana sila raste sve dok se molekuli ne priblie do rastojanja priblino jednakog preniku molekula, kada poinje preklapanje elektronskih omotaa. Sa daljim pribliavanjem molekula javljae se odbojna meumolekularna sila koja veoma intezivno raste sa daljim smanjivanjem rastojanja. Na rastojanjima r , gde vlada privlana sila, potencijalna energija interakcije sa smanjivanjem rastojanja opada, a u domenu gde dominira odbojna sila sa smanjivanjem rastojanja potencijalna energija vrlo brzo raste. Pri rastojanju (prenik molekula) molekuli e imati ravnoteno rastojanje. Tada e potencijalna energija interakcije imati minimalnu vrednost, privlana sila se uravnoteava sa odbojnom silom, a meumolekularna sila postaje nula. Zavisnost molekulskih sila od rastojanja prikazana je sledeim izrazom:

(3)

gde su a i b koeficijenti koji zavise od vrste molekula. Prvi lan u formuli se odnosi na privlanu silu, a drugi na odbojnu interakciju.

U zavisnosti od kinetike i potencijalne energije molekula sistem pri ravnotenom rastojanju moe da se nae u jednom od tri karakteristina agregatna stanja: u vrstom, tenom i gasovitom stanju. Ukoliko je srednja kinetika energija molekula reda veliine dubine potencijalne jame !"#, molekuli se pri sudaru vezuju veoma slabo, odnosno mogu lako meusobno da menjaju mesta. Tada molekuli nisu strogo vezani za svoja mesta u telu i pod ovim uslovima telo e se nalaziti u tenom stanju, a pri srednjoj kinetikoj energiji, koja je mnogo vea od potencijalne energije vezivanja, molekuli se ne vezuju i predstavljaju gas. Kod vrstog tela molekuli osciluju oko ravnotenog poloaja , vrsto su vezani obzirom da je kinetika energija molekula relativno mala.

Page

12

3.2 POVRINSKI SLOJ TENOSTI

Jedna od karakteristinih osobina tenosti je pojava zategnutosti slobodne povrine koja je posledica delovanja sile kohezije izmeu molekula, odnosno povrinskog napona. Povrinski napon je pojava koja se javlja na granici izmeu razliitih faznih povrina i karakteristika je svake materije. Posmatrajmo graninu povrinu gas-tenost. U gasu se nalaze molekuli izmeu kojih je srednje meusobno rastojanje mnogo vee nego izmeu molekula koje se nalaze u samoj tenosti. Posledica toga je slaba meumolekularna interakcija. Molekul na povrini tenosti i molekul u dubini nisu u ravnopravnom poloaju (slika 3.2).

Slika 3.2. Molekuli u unutranjosti i na povrini tenosti Oni koji su u unutranjosti tene faze izloeni su dejstvu meumolekularnih privlanih sila manje ili vie sferno simetrino rasporeenih oko svakog molekula. Budui da su sa svih strana okrueni priblino jednakim brojem suseda, ukupna rezultujua sila na njih bie nula. Sile koje deluju na molekule koji se nalaze na povrini tenosti nisu uniformno rasporeene. Obzirom da sa gornje strane nisu u jednakom broju okrueni molekulima iste vrste, na ove molekule u veoj meri deluju sile usmerene ka unutranjosti tene faze, pri emu e molekuli teiti da preu u unutranjost tenosti. Rezultantne sile su uvek tako usmerene da imaju tenju da molekule rasporede na taj nain da slobodna povrina bude minimalna. U tenji da se zauzme oblik sa najmanjom povrinom ona kontrahuje do najmanje mogue vrednosti. Zategnutost slobodne povrine tenosti ne zavisi od veliine njegove povrine. Pri poveanju ili smanjenju slobodne povrine tenosti njena zategnutost se ne menja, odnosno stalna je za datu tenost. U sluaju membrane, napravljene

Page

13

od elastinog materijala, zategnutost se poveava sa poveanjem njene povrine (slika 3.3).

Slika 3.3. Dejstvo rezultujuih sila na molekule

Sila kojom jedan molekul privlai susedne molekule brzo opada sa rastojanjem, tako da je ve na rastojanju od nekoliko efektivnih poluprenika molekula zanemarljiva. Odgovarajue rastojanje r naziva se poluprenik molekularnog dejstva i predstavlja najmanje rastojanje na kojem se ispoljava delovanje sile izmeu molekula. Sfera poluprenika R u ijem centru se nalazi molekul nazivamo sferom molekularnog dejstva (slika 3.4). Ovom sferom je ogranieno dejstvo meumolekularnih privlanih sila i priblino odgovara sferi trostrukog poluprenika molekula r. Svaki molekul je privlaen od susednih molekula koji se nalaze u sferi njegovog dejstva.

Slika 3.4. Sfera molekularnog dejstva

Posmatrajmo molekul ija je udaljenost od povrine tenosti vea od poluprenika molekularnog dejstva r tako da je cela sfera njegovog dejstva u unutranjosti tenosti. Takav molekul je okruen sa svih strana istim takvim molekulima tako da je rezultujua sila meumolekulskog privlaenja jednaka

Page

14

nuli. Zbog simetrinog rasporeda molekula u sferi dejstva njihova delovanja se ponitavaju.

Ako je udaljenost molekula od povrine tenosti manja od r tada, poto je gustina gasa sa kojom se granii povrina tenosti mnogo manja od gustine tenosti, deo sfere molekularnog dejstva iznad tenosti bie manje popunjen molekulima nego ostali deo sfere unutar tenosti. Zato delovanje molekula pare ili vazduha na molekule tenosti se moe zanemariti. Usled toga e na molekul, koji se nalazi u povrinskom sloju debljine r, dejstvovati sila usmerena ka unutranjosti tenosti i bie normalna na tu povrinu. Veliina te rezultujue sile je vea to je molekul blie povrini tenosti. Takav molekul je izloen dejstvu maksimalne sile, poto mu je samo donja polovina sfere dejstva popunjena molekulima tenosti. Sloj tenosti u kojem se nalaze svi takvi molekuli zove se povrinski sloj tenosti.

3.3 POTENCIJALNA ENERGIJA POVRINSKOG SLOJA

Da bi molekul preao iz unutranjosti tenosti u povrinski sloj debljine r, potrebno je da molekul izvri izvestan rad protiv sile koja na njega dejstvuje u tom sloju. Rad koji izvri molekul na raun svoje kinetike energije ide na poveanje njegove potencijalne energije. Dakle, molekul u povrinskom sloju tenosti raspolae nekim vikom potencijalne energije u odnosu na molekul koji je u unutranjosti tenosti.

Prema optem principu, svaki sistem u prirodi tei da zauzme takvo ravnoteno stanje u kome mu je potencijalna energija minimalna. Meu svim telima iste zapremine najmanju povrinu ima lopta. Stoga e i tenost, koja je ostavljena sama sebi, kretanjem molekula zauzeti oblik sa najmanjom slobodnom povrinom, a to je oblik lopte, jer je tada najmanji broj molekula u povrinskom sloju tenosti. Mi takav oblik uglavnom ne vidimo, jer tenost nije preputena sama sebi, ve se nalazi u polju Zemljine tee, pa ima i odgovarajuu gravitacionu potencijalnu energiju. Kod malih kapi, recimo kapljice rose na travi, gravitaciona potencijalna energija je zanemarljiva, pa su te kapi gotovo pravilnog sfernog oblika. Vee kapi imaju i veu masu, pa se gravitaciona energija ne moe zanemariti, one imaju spljoten oblik pri kojem e zbir povrinske i gravitacione potencijalne energije biti minimalan.

Page

15

Tenja povrine tenosti da zauzme najmanju moguu vrednost moemo na jednostavan nain eksperimentalno dokazati (slika 3.5). Belgijski fiziar Plato je prvi dokazao u svojim ogledima ovu pojavu, ali nije imao matematiko objanjenje za to. Na prstenastom ramu opna tenosti je ravna povrina. Ako bi smo uzeli bilo koju drugu sloeniju geometrijsku konturu opna koja bi se formirala bila bi manja nego to bi oekivali.

Slika 3.5. Tenja slobodne povrine tenosti da zauzme najmanju vrednost

3.4 SILA POVRINSKOG NAPONA

Zbog tenje da smanji potencijalnu energiju odnosno povrinu, povrinski sloj tenosti ponaa se nalik zategnutoj opni po kojoj deluju elastine sile. Ponaanje povrine tenosti, usled meumolekularni sila, kao zategnute elastine opne je pojava koja se naziva povrinski napon. Ako se opna na nekom mestu pritisne ona e se deformisati i javie se elastina sila koja e teiti da je vrati u prvobitno stanje u kome je imala najmanju povrinu. Na primer, kada bi se na povrini tenosti nalazio neki iani prsten, na svaki deli prstena tenost bi delovala silom povrinskog napona. U svakoj taki pravac sile je normalan na tu graninu liniju i tangentan na povrinu tenosti, a smer je prema unutranjosti konture (slika 3.6).

Page

16

Slika 3.6 Dejstvo sile povrinskog napona

Tenja tenosti da ima minimalnu slobodnu povrinu ispoljava se delovanjem sila povrinskog napona. Sile povrinskog napona ne deluju samo du dodirne linije povrine tenosti i vrstog tela. Takve sile deluju svuda po slobodnoj povrini tenosti. Kod nekih tenosti te sile su jae, kod nekih slabije. Zato povrinski napon nije isti za sve supstance, ve zavisi od vrste tenosti, odnosno intenziteta sila kohezije koje deluju izmeu odreenih molekula. Veliina kojom se kvantitativno izraava tenja tenosti ka smanjenju povrine zove se koeficijent povrinskog napona $. On pokazuje koliki rad je potreban da se opna tenosti povea za jedinicu. Po ovom principu konstanta povrinskog napona je sila koja dejstvuje na jedinicu duine slobodne povrine tenosti. Jedinica za koeficijent povrinskog napona je N/m. U tabeli 1. prikazani su vrednosti nekih konstanti povrinskog napona.

$ %& (4)

Vrednost sile povrinskog napona moemo odrediti eksperimentalnim putem pomou pravougaonog ianog rama ija je jedna stranica pokretna. Na ianom ramu formirana je opna od sapunice. Mada je ta opna veoma tanka, njena debljina je jo uvek ogromna u poreenju sa prenikom molekula. Zbog toga moemo rei da je ograniena sa dva povrinska sloja ija je debljina jednaka polupreniku sfere dejstva molekularnih sila.

Page

17

Slika 3.7 Opna od sapunice na ramu sa jednim pokretnim stranom

Ako je ' duina pokretne ice onda je sila povrinskog napona ( kojom opna dejstvuje na nju srazmerna ukupnoj duini du koje dejstvuju povrinske sile (slika 3.7). Poto opna ima dve slobodne povrine, ukupna duina du koje dejstvuje iznosi 2 '. Rezultujua sila povrinskog napona za celu konturu dobija se vektorskim sabiranjem sila koje deluju na sve delove te konture:

%1 = %2 = $ & (5) odavde sledi da je rezultujua sila jednaka:

% ) $ & (6) gde je: $ - konstanta povrinskog napona koja se pripisuje svakoj tenosti, & - duina proizvoljno malog pravolinijskog dela konture, a % - sila povrinskog napona koja deluje na deo konture. Povrina opne moe se poveati delovanjem neke spoljanje sile %*+. Pri laganom pomeranju stranice rama nailazimo na ravnoteno rastojanje gde ta sila ima isti intezitet kao i sila povrinskog napona % :

%*+ = % = ) $ & (7)

Page

18

Tabela 1. Konstanta povrinskog napona nekih tenosti $(N/m)

Pomou primera ianog rama sa pokretnom stranom moemo doi do jo jedne definicije koeficijenta povrinskog napona (slika 3.8). Njegovu vrednost moemo izmeriti pomeranjem pokretne ice ' nanie za x kada e se protiv sile ( izvriti rad , % .. S obzirom da se poveala slobodna povrina, poveala se i energija tenosti.

Slika 3.8 Odreivanje koeficijenta povrinskog napona

Ta promena potencijalne energije povrine jednaka je radu koju je izvrila spoljanja sila, pa moemo rei da je koeficijent povrinskog napona brojno jednak

Page

19

promeni energije povrinskog sloja tenosti pri jedininoj promeni slobodne povrine:

, / % . / ) $ & . / (8) Obzirom da tena opna ima dve povrine na koje deluje povrinski napon, onda se rad sile odnosi na dvostruku promenu povrine:

0 ) & . (9) Imajui u vidu ovaj obrazac sledi da je rad:

/ $ 0 (10) odakle dobijamo i izraz za koeficijent povrinskog napona:

$ /0 (11) Koeficijent povrinskog napona zavisi od prirode tenosti odnosno od

intenziteta meumolekularnih sila privlaenja unutar tenosti. Mora se voditi i rauna i o materijalu sa kojim se granii tenost, jer broj i vrsta molekula iznad granine povrine utie na vrednost koeficijenta povrinskog napona. Na njegovu vrednost u znatnoj meri utiu jo i primese. Rastvaranjem neke supstance u tenosti menja se konstanta povrinskog napona. Rastvorene supstance na njegovu vrednost deluju dvojako, mogu da smanje ili da poveaju njegovu vrednost.

Temperatura takoe utie na povrinski napon. Smanjenje povrinskog napona sa porastom temperature se odigrava zato to na viim temperaturama dolazi do poveanja intenziteta toplotnog kretanja molekula, to deluje na smanjenje sila privlaenja izmeu njih, pa prema tome i do snienja povrinskog napona. Povrinski napon tenosti opada sve do temperature bliske kritinoj. Na kritinoj temperaturi nestaju razlike izmeu gasne i tene faze i povrinski napon postaje nula. U tabeli 2. prikazane su neke vrednosti povrinskog napona na razliitim temperaturama.

Page

20

Tabela 2. Povrinski napon $(10-3N/m) tenosti na razliitim temperaturama

3.5 PRITISAK ISPOD ZAKRIVLJENE POVRINE TENOSTI

Dosada smo posmatrali sluaj kada je opna tenosti bila ravna povrina. U tom primeru povrinske sile su delovale u ravni povrine tenosti kao i njihova rezultujua sila. Kod krive povrine povrinske sile deluju u ravni tangente povrine tenosti, a rezultujua sila ima i normalnu komponentu koja je normalna na element date povrine (slika 3.9).

Slika 3.9. Dejstvo sile na element povrine tenosti

Kada je slobodna povrina tenosti kriva, pritisak iznad (sa one strane koja nije u tenosti) i ispod nje nije isti. Kod konkavnih (udubljenih) povrina vei je pritisak iznad, a kod konveksnih (ispupenih) pritisak je vei ispod povrine.

Page

21

Razlika pritisaka iznad i ispod slobodne povrine tenosti zove se dopunski pritisak ili pritisak ispod zakrivljene povrine :

+ + +1 (12) Ako je dopunski pritisak negativan + 0 povrina tenosti je konkavna, a kod konveksne povrine on e biti pozitivan + 1 (slika 3.10).

slika 3.10. Dopunski pritisak ispod zakrivljene povrine

Povrinski napon takoe stvara pritisak unutar mehurova. Usled tenje da slobodna povrina bude to manja, opna mehura sabija gas koji je zarobljen unutar njega i time mu poveava pritisak (slika 3.11).

Slika 3.11. Mehur od sapunice

Kada se sudare dva mehura uvek iz manjeg ue vazduh u vei pri emu se dobija jo vei mehur (slika 3.12). Pritisak unutar mehura e biti utoliko vei ukoliko e poluprenik R mehura biti manji :

2 3$4 (13)

Page

22

Slika 3.12 Spajanje manjeg mehura sa veim mehurom

3.6 DOPUNSKI PRITISAK ZA SFERNU POVRINU

Posmatrajmo sfernu kap tenosti u vazduhu. Neka je poluprenik sfere R, a pritisak vazduha . Sile povrinskog napona zateu povrinu tenosti i stvaraju pritisak unutar kapi vei nego spolja. Ako uzmemo da se povrina tenosti promenila za beskonano malu vrednost 5 6 0, sile povrinskog napona e izvriti rad jednak promeni energije povrinskog sloja:

, / $ 0 (14) , 7++89 V

+ +8 : $ 0 (15)

7+ +89 3 ; < =4

; 4 4;> $ 3 < =4) 4 4)>

?; + +8 @;4

)4 ;44) 4;A $ @)44 4)A

Ako uzmemo u obzir uslov 5 6 0, dobijamo sledei izraz :

+ +84)4 ) $44 (16)

+ +8 )$4

Odatle sledi da je dopunski pritisak ispod sferne povrine tenosti jednak:

B )CD (17)

Page

23

Dopunski pritisak je vei ukoliko je poluprenik krivine manji, odnosno ako je povrina vie kriva. U veini sluajeva dopunski pritisak moe se zanemariti. U sluaju da posmatramo mehur sapunice za dopunski pritisak dobiemo sledei izraz:

B 3CD (18)

Dopunski pritisak kod tenosti u uskoj cevi krunog poprenog preseka moemo dobiti na sledei nain. Slobodna povrina tenosti u uskoj cevi je deo sfere, konveksan ili konkavan meniks. Ugao izmeu poluprenika cevi r i poluprenika sferne povrine R isti je kao ugao izmeu tangente na sfernu povrinu i zida cevi.

4 EFGHI (19)

Sledi da je razlika pritisaka ispod i iznad konveksnog meniska tenosti u uskoj cevi:

B )CD )$ FGHI

E (20)

Ista formula vai i za dopunski pritisak ispod konkavnog meniska s tim to je pritisak iznad povrine tenosti vei.

B )$ FGH JE (21)

Uzimajui u obzir da je K L dopunski pritisak u sluaju kvaenja i nekvaenja, moemo predstaviti sa istom formulom.

Page

24

3.7 KAPILARNE POJAVE

Mnogobrojne su i svakome pristupane pojave u kojima se ispoljava povrinski napon i kapilarnost. Jedna od karakteristinih pojava jeste podizanje, odnosno sputanje tenosti u kapilarnoj cevi. Kapilarnost je posledica pojave na granici tenosti i vrstog tela. Razni efekti koji se javljaju pri dodiru tenih i vrstih tela nastaju zbog dejstva privlanih molekularnih sila. Tenost u kapilarima (uske cevi, unutranjeg prenika oko 1mm) se ne ponaa po zakonu spojenih sudova, ve je iznad ili ispod nivoa tenosti u sudu. Uzrok podizanja ili sputanja tenosti u kapilarnoj cevi je povrinski napon.

Na molekul koji je u dodiru sa glatkom povrinom pored sile gravitacije, (M i sile koja je normalna na povrinu tenosti, (N , deluje i sila, ( , koja se odupire poveanju povrine u vidu povrinskog napona (slika 3.13). U sluaju podizanja tenosti u cevi odnosno pri kvaenju zida suda, zbog ravnotee molekula koji se nalazi na granici tenosti zida, deluje sila koja je usmerena ka unutranjosti zida. Samo na ovaj nain moemo objasniti i primer zato iva na vrstoj povrini ini stabilnu kap. Da bi molekul koji se nalazio na povrini tenosti bio u ravnotei, pored sile (M O (N mora da deluje jo jedna sila ( koja e delovati ka unutranjosti kapi tenosti.

Slika 3.13 Ravnotea sila

Pri dodiru tenosti sa vrstim telom treba uzeti u obzir ne samo silu uzajamnog dejstva izmeu molekula tenosti, ve i silu uzajamnog dejstva izmeu molekula tenosti i vrstog tela. Da bi se napravila razlika izmeu privlaenja istovrsnih estica i privlaenja raznorodnih estica, uvodi se pojam kohezionih i

Page

25

adhezionih sila. Sila privlaenja izmeu molekula iste vrste naziva se sila kohezije. Na primer, to su sile koje dre molekule kapi vode na okupu. Sile kohezije redukuju slobodnu povrinu tenosti na najmanju vrednost (slika 3.14).

Slika 3.14. Kap vode na listu i insekt koji hoda po povrini vode (efekti adhezije i kohezije)

Hodanje nekih insekata po vodi, kao i pojavu da tenost ostaje u sudu otvorenom odozgo moe se objasniti postojanjem sile kohezije (slika 3.15). U sluaju hodanja insekta po vodi, povrinski napon se suprotstavlja teini insekta i on ostaje na povrini vode ne prodirui u nju. Povrina opne je otporna na razvlaenje i kidanje. Deo noge insekta koji je dodiruje izaziva zakrivljenje njene povrine. Usled toga se javlja sila povrinskog napona koja ima tenju da smanji slobodnu povrinu tenosti, odnosno da je vrati u stanje kada je imala minimalnu energiju. Ta sila je tangencijalna na povrinu tenosti, a njena rezultanta je usmerena vertikalno navie. Sile povrinskog napona koje deluju na razne molekule u zakrivljenom delu povrine mogu da se razloe na dve komponente, jednu vertikalnu i drugu pod pravim uglom u odnosu na nju. Te normalne komponente se ponitavaju jer ih ima podjednak broj sa svih strana posmatranog molekula, dok se vertikalne sabiraju i daju pomenutu rezultujuu silu koja je usmerena na vie.

Page

26

Slika 3.15 Hodanje insekta na vodi, efekat kohezije

Slino se deava kada se na povrinu vode postavi spajalica za papir (slika 3.16). Ona takoe nee potonuti, ali ne moemo rei ni da pluta na vodi usled sile potiska, jer je njena gustina znatno vea od gustine vode, pa bi u skladu sa time trebalo da potone. Ona deformie slobodnu povrinu tenosti usled ega se javlja sila povrinskog napona ija je rezultanta usmerena suprotno od teine spajalice i na taj nain kompenzuje teinu spajalice. Ako spajalicu spustimo vertikalno na povrinu vode njena teina e delovati na manju povrinu, probija povrinski sloj vode i tone na dno.

Slika 3.16 Odravanje spajalice na povrini vode

Page

27

Adhezione sile su sile izmeu razliitih molekula, npr. vode i stakla posude u kojoj se voda nalazi. Takve sile dre kapi kondenzovane vode zalepljene za prozorska stakla ili lie biljaka. Od meusobnih odnosa adhezione i kohezione sile zavise pojave koje se javljaju na ivici spoja tenosti sa sudom.

Slika 3.17 Odnos adhezione i kohezione sile

Mogua su dva sluaja:

* kada je sila kohezije manja od sile adhezije (P (Q

* kada je sila kohezije vea od sile adhezije (P (Q

Ako su adhezione sile imeu tenosti i zida posude jae od kohezionih tada se tenost penje uz zid staklene posude i tenost kvasi zid suda. Ako su kohezione sile jae tada se tenost sputa niz zid posude (slika 3.18).. Ove pojave imamo kod dodira vode sa staklom i ive sa staklom. Tako voda kvasi staklo a ne kvasi parafin, dok iva ne kvasi staklo, a kvasi istu povrinu gvoa, itd. Pored vode, staklo i kvarc potpuno kvase jo alkohol, etar, glicerin i drugo. Rezultujua sila kohezije i adhezije uvek mora biti normalna na graninu povrinu tenosti, inae bi postojala komponenta sile u ravni povrine koja bi tenost pomerala.

Page

28

Slika 3.18 Tenost kvasi, a iva ne kvasi zid suda od stakla

Ugao J izmeu tangente povrine tenosti i povrine vrstog tela sa kojom se tenost dodiruje, naziva se ugao kvaenja J (slika 3.19). Taj ugao se meri kroz tenost.

Ako je ugao kvaenja J :

* otar ugao ( manji od 90), tenost kvasi telo

* tup ugao ( vei od 90), tenost ne kvasi telo

Slika 3.19 Ugao kvaenja kada tenost nekvasi i kvasi vrstu povrinu

Ako je = 0 govorimo o potpunom kvaenju, a kada je = 180 o potpunom

ne kvaenju. Voda potpuno kvasi staklo, dok ga iva potpuno ne kvasi. Jedna ista tenost moe da kvasi jedna, a da ne kvasi druga vrsta tela. Ugao kvaenja se dobija iz ravnotee sila na graninoj liniji izmeu tene, vrste i gasovite faze u horizontalnoj ravni (slika 3.20).

Page

29

Slika 3.20 Ravnotea sila

Rezultujua sila od komponenata mora biti jednaka nuli zbog ravnotee:

%,S %,T %T,S FGHJ 1 (22)

Ako primenimo izraz povrinske sile ( ' koja deluje izmeu granice dve faze za svaki par, moemo dobiti:

$,S $,T $T,S FGHJ 1 (23)

FGHJ $,SU$,T$T,S (24)

Ovaj izraz predstavlja poznatu Tomas Jangovu jednainu.

Slika 3.21 Ugao kvaenja

Page

30

Tako pri uglu od 90 sledi da je ,M ,W, a ako je ugao izmeu 180 90 bie ,M ,W . U tabeli 3. su dati neki primeri za vrednosti ugla kvaenja na 20[.

Tabela 3. Ugao kvaenja neke supstance na 20[.

Direktna posledica opisane pojave na granici vrstog tela i tenosti je pojava kapilarnosti (slika 3.22).

Slika 3.22 Pojava kapilarnosti

Tenosti koje kvase vrst zid kapilare teie da nakvase unutranju stranu povrine i time bi se stvorila velika slobodna povrina tenosti. Meutim, povrinski napon tenosti tei da ovu povrinu svede na minimum usled ega e se tenost u kapilari

Page

31

podizati iznad povrine tenosti u sudu. Tenost e se u kapilari podizati dotle dok se sila povrinskog napona ne izjednai sa silom teine samog stuba tenosti u kapilari. Tenosti koje ne kvase, sputaju se ispod povrine tenosti u sudu. Ako tenost kvasi cev, pritisak ispod povrine tenosti manji je od atmosferskog i zato se tenost u cevi podie. Kada se uspostavi ravnotea, pritisak je isti u svim takama na istom horizontalnom nivou u tenosti:

2? 2) (25) Iznad povrine tenosti je atmosferski pritisak PO. Pritisak ispod zakrivljene povrine:

2; 2\ )$ FGH JE (26)

Na dubini h ispod zakrivljene povrine pritisak je:

2? 2; ]S^ (27)

2? 2\ )$ FGH JE ]S^

Kako je pritisak iznad povrine tenosti u sudu:

21 2) (28)

Sledi da je : ^ )$ FGHJES] (29)

Visina podizanja tenosti u kapilarnoj cevi koju kvasi i dubina sputanja tenosti u cevi koju ne kvasi odreene su istom formulom. Visinska razlika povrina tenosti u cevi i oko nje obrnuto je srazmerna unutranjem preniku cevi r. Kapilarne pojave u sluaju kvaenja i nekvaenja mogu se predstaviti istom formulom.

Ako tenost kvasi cev tada je cos 0 i h = 0 tj.nivo tenosti u cevi je na veoj visini nego oko cevi. Kada tenost ne kvasi cev cos 0 i h0, nivo tenosti u cevi je ispod nivoa tenosti oko cevi.

Page

32

Analizirajmo sluaj kada tenost potpuno kvasi zid kapilare. Zakrivljena slobodna povrina tenosti u kapilari naziva se meniskus (slika 3.23). On je konkavan kada tenost kvasi kapilar, a konveksan ako ne kvasi. Kada se kapilara uroni u tenost, adhezione sile odmah povlae molekule tenosti uz zid, tako da se obrazuje konkavan meniskus. Ovaj meniskus tei da se skuplja pod dejstvom sila povrinskog napona i stub tenosti e se dizati u kapilari sve dok se rezultanta sila povrinskog napona, koje dejstvuju po obimu preseka meniskusa na najirem delu, ne izjednae po intenzitetu sa teinom stuba tenosti iznad nivoa u kapilari:

%__ a__ (30)

Slika 3.23 Kapilara u vodi i ivi

Kako sila povrinskog napona intenziteta F deluje po obimu meniskusa uz kapilaru iji je obim 2L. Ukupna sila koja dejstvuje du celog obima je:

% )E

Page

33

Kako je masa m b c ,a zapremina c dLe teina stuba tenosti visine h u kapilari iznosi :

a fS ]

Page

34

Slika 3.24 Alveole kao mali mehurii

Biljke putem kapilara transportuju rastvor sa hranljivim materijama od korena prema listu. Kapljica ulja na vodi pod dejstvom sila povrinskog napona moe se razvui po povrini vode esto i do debljine monomolekularnog sloja ulja. Porozne materije u kojima je itav splet kapilara, potpuno se mogu nakvasiti i ako nisu celom zapreminom u vodi. To se deava kod sunera, tkanine, drveta, poroznog graevinskog materijala to izaziva vlaenje zidova kod graevina, zemljita. Podzemna voda izlazi kroz kapilarne pukotine na povrinu i isparava, tako da bi se sauvala vlaga u zemljitu, ti kapilari se rasturaju oranjem. Na osnovu pojave kapilarnosti dolazi do podizanja goriva u fitilju petrolejskih lampi i upaljaa. Povrinski napon ima veliki znaaj i pri tretiranju i lepljenju razliitih povrina o emu moraju da vode rauna tehnolozi pri proizvodnji lakova, farbi i lepkova. Njegova vrednost utie na jainu vezivanja sredstva za tretiranu povrinu. Pri pripremi fotografske emulzije da bi se smanjio povrinski napon izmeu emulzije i podloge dodaju se sredtsva za kvaenje (etilalkohol, saponin).

Rastvorene supstance na povrinski napon deluju dvojako. Naroito se elektroliti nagomilivaju pri rastvaranju u dubini rastvora i poveavaju povrinski napon, poto sada na povrinske molekule iz dubine tenosti dejstvuju ne samo sile molekula rastvaraa, nego i privlane sile rastvorenih estica. Povrinski aktivne materije kao sapuni i deterdenti ve pri malim koncentracijama dovode do znatnog snienja povrinskog napona vode. Izvesne supstance u sebi sadre radikale koji su nerastvorljivi u vodi, znai hidrofobni su, nagomilavaju se na povrini i sniavaju povrinski napon. Povrinski napon tenosti iji molekuli ne poseduju dipole su relativno mali, a na primer, vode iji molekuli predstavljalju izrazite dipole (polarni molekuli) imaju relativno veliku vrednost povrinskog napona.

Page

35

Za molekule aktivnih materija karakteristina su dva dela:

- polarna grupa -COOH, -SO3 Na, -OH (hidrofil)

- apolarni ugljovodonini radikal (hidrofob)

Molekuli povrinski aktivne supstance poseduju sposobnost da se adsorbuju na graninoj povrini izmeu dve faze tako da im se hidrofobni deo tj. ugljovodonini lanac orijentie prema vazduhu, a polarna hidrofilna grupa prema vodi. Adsorbcija je proces poveanja koncentracije neke komponente na graninoj povrini dve faze.

Slika 3.25 Povrinski aktivne materije

Znaajna uloga aktivne materije je da obezbedi kvaenje, to predstavlja osnovu pri pranju, npr.vea. Molekul aktivne materije zalepi hidfrofobni deo za tkaninu ili za masnou pri emu stvara prelazni povrinski sloj izmeu dve razliite sredine. Putem prelaznog sloja oni smanjuju povrinski napon izmeu dve reagujue sredine. Dejstvo izmeu tkanine ili masnoe i aktivne materije je mnogo vea nego dejstvo izmeu taknine i masnoe i na taj nain dolazi do otklanjanja masnoe sa vea.

Page

36

4. ZNAAJ DEMONSTRACIONIH OGLEDA U NASTAVI FIZIKE

U poslednjih nekoliko godina esto se na seminarima za nastavnike fizike raspravlja o metodama i oblicima rada u nastavi fizike, kao i o poloaju uenika u procesu nastave. Insistira se na tome da se nastava fizike postavi tako da uenikova aktivnost potpuno doe do izraaja i da se ostvari mogunost da aktivno uestvuju u svim oblicima nastavnog procesa. Skoro u svim smerovima odravaju se seminari za struno usavravanje nastavnika, a naroito za osposobljavanje nastavnika fizike za izradu pomonih pribora koji su im neophodni za usmeno izvoenje nastave. Na seminarima su izraeni veoma jednostavni eksperimenti koje moe i svaki uenik da napravi kod kue ili u nekoj skromnoj laboratoriji. Sve ovo prua mogunost da se na irem frontu pristupi primenjivanju laboratorijske i demonstracione metode i to ne samo u vidu vebi pri ponavljanju nego i prilikom izuavanja novog gradiva. Ciljevi i zadaci nastave fizike ostvaruju se kroz sledee osnovne oblike: izlaganje sadraja teme uz odgovarajue demonstracione oglede, reavanje kvalitativnih i kvantitativnih zadataka, laboratorijske vebe, korienje drugih naina rada koji doprinose boljem razumevanju sadraja teme (domai zadaci, itanje popularne literature) i sistematsko praenje rada svakog pojedinanog uenika. Svaki od navedenih oblika nastave ima svoje specifinosti u procesu ostvarivanja. Veoma je vano da nastavnik tokom realizovanja prva tri oblika nastave naglaava njihovu objedinjenost u jedinstvenom cilju: otkrivanje i formulisanje zakona i njihova primena. U protivnom, uenik e stei utisak da postoje tri razliite fizike: jedna se slua na predavanjima, druga se radi kroz raunske zadatke, a trea se koristi u laboratoriji. Na osnovu toga uenik e s pravom zakljuiti: U koli je vana samo ona fizika koja se radi kroz raunske zadatke. Naalost, esto se deava da uenici osnovne i srednje kole o fizici kao nastavnoj disciplini steknu upravo takav utisak. Metoda demonstracionih ogleda u nastavi provodi se sa razliitim ciljem. Moe se primeniti s ciljem da uenici steknu odreena iskustva posmatranjem fizikih pojava koja slue kao predznanja za uzimanje novog gradiva, zatim za neposredno sticanje novih znanja ili za produbljivanje ve obraenog gradiva, ponavljanjem. Posebno mesto imaju ogledi na osnovu kojih se formiraju najvaniji pojmovi kao i ogledi putem kojih se dolazi do objanjenja sutine nekog zakona ili neke teorije, kao i oni ogledi iji je cilj objanjenje principa rada tenikog aparata ili ureaja. Dobro organizovani demonstracioni eksperimentalni rad je put koji uenicima omoguuje razvijanje sposobnosti samostalnog sticanja znanja, upuuje ih kako prouavanu teoriju mogu da primene i u promenjenim uslovima, razvija nauni pogled na svet i istraivaki pristup prirodnim naukama. Ovo je poetak formiranja stvaralakih osobina uenika.

Page

37

Na prelazu iz XIX u XX vek metoda laboratorijskih radova je poela nalaziti svoje nuno mesto u nastavnom procesu. Laboratorijska metoda trai takvu organizaciju nastave gde e eksperiment biti dominantan. Na taj nain se stvara nova i elastina struktura nastave. injenica je da se prirodne nauke najuspenije izuavaju na osnovu posmatranja i eksperimenata. Ipak, u kolama dominira prouavanje pojava putem izlaganja nastavnika. Veoma je esta pojava da uenici ne znaju da objasne pojave u prirodi, ne umeju da primene usvojena znanja i da koriste aparate za fiziku. esto izgleda da je eksperiment tako podeen da to samo uspeva njihovom nastavniku, a da uenici nisu u stanju da ga izvedu. Nastavnik mora pruiti priliku ueniku da sam upozna i objasni pojave, da koristi aparate i da izvodi samostalno eksperimente. U toku eksperimentalnog rada istie se znaaj poznavanja teorije za reavanje mnogih situacija u svakodnevnom ivotu. Ukazuje se na vanost razvoja tehnike za dalji razvoj naune misli. Uenicima se omoguuje transformacija znanja to je znaajna karakteristika razvijenog miljenja.

Naa saznanja o prirodnim pojavama dolaze kao rezultat raznovrsnih ogleda i posmatranja. Posmatranje je polazni metod upoznavanja prirode. U nastavi fizike koristimo tri oblika ogleda:

Demonstracioni eksperiment

Frontalne laboratorijske vebe

Fiziki praktikum

Demonstracioni ogled se uglavnom koristi na redovnim asovima nastave i predstavlja nerazdvojni deo svakog izlaganja. Koje mesto e zauzeti u sistemu izlaganja nastavnog gradiva zavisi od didaktikog cilja koji postavlja nastavnik, od sadraja gradiva koje se obrauje i od usvojene metodike izlaganja. Ogled preteno izvodi nastavnik putem prianja, objanjavanja ili dijalokom metodom u odreenom delu asa, a uenici spontano posmatraju i prate tok pojave. Nastavnik aktivno usmerava tok misli uenika, uporno skree panju na karakteristinu osobinu kojom se odlikuje razvoj fizikih pojava i na prisutne veze izmeu pojava. Zadatak nastavnika pri demonstraciji ogleda sastoji se u tome da na jednostavan nain ukae uenicima na znaajne osobine pojave, da ukae na oblast fizike kojoj pripada teorija, pomou koje se objanjava pojava. Zatim, da se ponudi

Page

38

najjednostavniji model pojave i da se na osnovu njega doe do fizikih veliina karakteristinih za posmatranu pojavu.Uz to i da se postavi jednaina koja jezikom matematike opisuje pojavu i da se uenici naue da kroz datu jednainu sagledaju dinamiku koja se analizira, da se formira nauni pristup analizi fizikih pojava u toku koje uenici uoavaju fundamentalnu vezu izmeu empirijske osnove i teorijskog dela nastave, inae nee biti u stanju da objasne rezultate izvoenih ogleda. Svaka osobina ili pojava ima svoju kvantitativnu i kvalitativnu stranu koje su vezane jedna za drugu. Putem demonstracionog ogleda mogu da se potvrde kvantitativne karakteristike kao i kvalitativne, tj.odnosi parametara koji su znaajni za pojavu, a do kojih se dolazi preko postavljenog ogleda.

Osnovni uslov za uspeno izvoenje demonstracionih ogleda je zavidna disciplina uenika i dobro organizovan as fizike. U tom sluaju nema potrebe za uvoenjem posebnih asova laboratorijskih radova. Da bi imali izvanredan utisak na uenike i da bi se ostvario cilj koji je nastavnik postavio sebi, demonstriranja na asovima fizike moraju ispuniti odreene metodske zahteve.

Pri izvoenju eksperimenata mora se obezbediti dovoljna uoljivost i vidljivost fizikih pojava kao i njihovih detalja. Sve ureaje i pribore za demonstraciju treba postaviti tako da ih jasno vide svi uenici, naroito oni koji sede u poslednjoj klupi. Demonstracija ogleda na asovima fizike imae izvanredan utisak na uenike samo ako je oigledna i ubedljiva . Moramo obratiti panju da se ne izvodi mnogo ogleda koji e pokazati jednu te istu pojavu, inae ogled gubi svoj znaaj, dolazi do naruavanja discipline, uenici gube interes i panju i slabi se sposobnost usvajanja nastavnog gradiva. Posmatranje demonstarcionog ogleda nikad ne moe biti tako duboko kao kad uenici lino izvode pojave kod svojih stolova. Laboratorijski radovi dopunjavaju sve ostale forme izuavanja fizike i potpomau u reavanju ovog zadatka u celini, a ne samo delimino kao to bi proizalo iz primene samo demonstarcionog ogleda. esto izgleda posle demonstracije da su uenici razumeli i usvojili novi pojam ili zakon, no ipak se kasnije pokae da nije tako.

Demonstarcioni ogled treba da bude izraajan to znai da treba izabrati takav ogled, ureaj ili pojavu koji nije sloen i koji ne zahteva dublja razmatranja da bi se data pojava ili zakon mogli objasniti i upoznati. Neophodno je birati jednostavnije ureaje u kojima se jasno istiu glavni delovi kako svojom

Page

39

komplikovanou ne bi odvlaili panju uenika od onoga to je bitno. Iz istog razloga i pojave koje prate osnovnu radnju moraju da budu svedene na minimum. Glavna karakteristika demonstracionih ogleda mora biti jednostavnost izvoenja i minimum korienja opreme i vremena, tako da ih i uenici sami mogu pripremiti i izvoditi. Uz to je veoma vana njihova oiglednost i povezanost sa dogaajima iz okruenja. Poeljno je da ogled sem to je dobro pripremljen i izveden izazove maioniarsku atraktivnost i neoekivanost i time emotivno probudi uenike i dodatno izazove njihovu panju.

5. OBRADA NASTAVNE JEDINICE

POVRINSKI NAPON I KAPILARNE POJAVE

Na jednom nastavnom asu mogu se reavati razliiti didaktiki zadaci, ali jedan od njih mora biti glavni. Posebnu panju treba posvetiti iscrpnom izlaganju novog gradiva. Izlaganje mora biti proeto slikovitou, emocionalnou, jasnoom i pravilnou jezika. Ovaj didaktiki zadatak nije poeljno kombinovati sa drugim didaktikim zadacima. Da bi nastavni proces mogao da se realizuje potrebno je da bude dobro organizovan i da se vodi po odreenim, usvojenim pravilima. Strukturne jedinice dobro postavljenog asa su: priprema uenika za obradu teme asa pri emu se unapred odreuje nivo znanja koje uenici treba da dobiju na datom asu, ponavljanje i primena znanja, sistematizacija pojedinih oblasti programa i domai zadaci. Formiranje fizikih pojmova predstavlja jedan od najvanijih zadataka nastavnika. Posmatranje razliitih pojava, njihova analiza, nalaenje optih crta u njima razvija ueniko miljenje. U nastavnom procesu nuno je koristiti metode logikog miljenja ili metode naunog istraivanja. Primena naunih zakona u praksi u velikoj meri zavisi od toga da li je ueniko miljenje razvijeno na odgovarajui nain. Treba posvetiti punu panju pri pravilnom formulisanju fizikih zakona, ali takoe moramo voditi rauna i o sredstvima koja se koriste pri demonstarciji, da bi uenicima mogli dobro predstaviti te zakone. U toku sledeih asova uenici e imati priliku da iz poznatih zakona, primenjujui ih prilikom objanjenja niza injenica, sami izvode zakljuke. Realizacija ove metode u nastavi fizike jaa logiku stranu nastavnog gradiva koje se izlae.

Page

40

PRIPREMA ZA IZVOENJE ASA :

Nastavna tema: Meumolekularne sile i agragatna stanja

Nastavna jedinica: Povrinski napon i kapilarne pojave

Tip asa: Obrada novog gradiva

Obrazovni nivo: Razumevanje i samozakljuivanje

Nastavne metode: Dijaloka, demonstraciona

Oblik rada: Frontalni

Nastavna sredstva: Pribor za demonstriranje datih ogleda

Vremenska artikulacija: Uvodni deo: 5 min.

Glavni deo: 35 min.

Zavrni deo: 5 min.

Uvodni deo asa: Ponavljanje meumolekularnog dejstva izmeu molekula tenosti, gasova i vrstog tela koje je bitno, kao predznanje, za izvoenje nastavne jedinice. Ukazati na to koliko je bitno znati molekularnu strukturu tela za objanjenje nekih fizikih pojava. Ponoviti zakon spojenih sudova, koji su uenici uili jo u sedmom razredu, jer e se u izlaganju novog gradiva upoznati sa sluajem kada tenost odstupa od ovog zakona.

Glavni deo asa: Glavni deo asa bi bio posveen izvoenju demonstracionih ogleda od strane nastavnika sa aktivnim ueem uenika. Pri izlaganju gradiva koristi se nastavna metoda dijalog putem koje nastavnik svojim izlaganjem navodi uenike da sami dou do zakljuka. Iz razloga to se uenici prvi put susreu sa ovim pojmovima nastavnik mora obratiti panju da pravilno usvoje terminologiju. Analiza primera iz svakodnevnog ivota koji dovodi do pojma povrinskog napona, adhezije, kohezije i kapilarnosti. Ogledi su unapred pripremljeni i postavljeni na sto tako da budu uoljivi za svakog uenika. Najpre se, pri prouavanju pojava ili svojstva materije, objanjavaju kvalitativne osobine koje se i zapaaju, najpre, kod ogleda. Bitno je ukazati uenicima na uslovljenost makroosobina fizikih tela od njihove mikrostrukture. Uenicima treba postaviti

Page

41

pitanja tokom izlaganja. Pitanja moraju biti kratka, jasna, precizna i razumljiva. Naravno da pojave moramo objasniti ali sam eksperiment ve pribliava uenike potrebnom odgovoru. Radi objanjenja nekog pitanja treba poi od izvesnih primera i iskustava i od pojava koje su oni posmatrali. Ne moemo oekivati od njih da sami formuliu zakon. Nastavnik uoptava njihove odgovore, ukazuje na to da isti rezultat dobijemo i u sluajevima kada koristimo druge primere. Nastaviti sa formiranjem vetine da se na osnovu izvrenih ogleda dolazi do zakljuka. Uporeivanjem eksperimenta i analizom prirodnih fenomena, pri emu se zanemaruje ono to nije bitno u pojavi, treba navesti uenike na pravilan zakljuak. Znaajno je da nastavnik tako organizuje nastavni proces da se uenici nau u situaciji kao da otkrivaju ve poznate istine, nalik malim istraivaima. Zadatak svih nastavnika je da naue uenike da pravilno koriste terminologiju fizike, da umeju da izraavaju svoje znanje sa jasnim i tano usvojenim izrazima. Demonstracioni ogledi koji se izvode na asu su prikazani u petom poglavlju.

Zavrni deo asa: Procena steenog znanja i usvojenih pojmova, u toku date tematske jedinice, putem demonstracionih eksperimenata. Obnoviti osnovne postavke teorije o povrinskom naponu i kapilarnosti i podvui da one proistiu iz ogleda i da se ogledima potvruju. Zadati domai zadatak da sami izvre neke eksperimente koji su za njih jo nepoznati, da obelee svoja zapaanja i da primene usvojena znanja tokom analize. Provera usvojenih znanja osim funkcije kontrole ispunjava i drugu funkciju naprimer da odreuje nedostatke u radu samog nastavnika.

CILJ RADA:

- objanjavanje uzajamnog delovanja molekula tenosti

- definisanje sile povrinskog napona

- definisanje koeficijenta povrinskog napona

- osposobljavanje za samostalno rukovanje nepoznatim merilima i priborom

- razvijanje sposobnosti za jednostavna istraivanja, opaanja i upoznavanja razlika

- sticanje novih znanja

- korelacija znanja sa biologijom, hemijom i drugim prirodnim naukama

Page

42

- podsticanje upornosti i istrajnosti u radu

- podsticanje motivacije i interesovanja za prirodne nauke

ZADACI NASTAVE:

- da shvate i razumeju znaaj povrinskog napona i kapilarnosti u prirodi i u svakodnevnoj praksi

- uoavanje dejstva privlanih sila izmeu molekula tenosti

- razvijanje naunog naina miljenja, samostalnosti i snalaljivosti u radu

- logiko zakljuivanje i kritiki prilaz reavanju problema

- razvijanje radnih navika kod uenika

- produbljivanje radoznalosti i interesovanja za prirodne fenomene

- uticati na uenike da shvate znaaj ove teme i za ostale prirodne nauke

- uoavanje povezanosti fizike sa drugim naukama i odnosa teorije i eksperimenata

- upoznavanje najbitnijih pojmova: povrinski napon, kapilarnost, adhezija, kohezija

NOVI USVOJENI POJMOVI:

povrinski napon - ponaanje povrine tenosti, usled dejstva meumolekularnih sila, kao zategnute elastine opne

koeficijent povrinskog napona - sila koja dejstvuje na jedinicu duine slobodne povrine tenosti.

adhezija - sila privlaenja izmeu molekula razliite vrste

kohezija - sila privlaenja izmeu molekula iste vrste

meniskus - zakrivljena slobodna povrina tenosti u kapilari

kapilar - uska cev unutranjeg poluprenika oko 1mm

ugao kavaenja - ugao izmeu tangente na povrinu tenosti i povrine vrstog tela sa kojom se tenost dodiruje

Page

43

5.1 PREDLOG DEMONSTRACIONIH OGLEDA

Za obradu nastavne jedinice Povrinski napon i kapilarne pojave odabrano je 10 jednostavnih ogleda. U ogledima 5.1.1 5.1.6, demonstrira se pojava povrinskog napona. Posebno je interesantan ogled sa plutanim epom kojim se demonstrira delovanje povrinskog napona i sa unutranje strane povrinskog sloja tenosti odnosno ispod prividne opne. U ogledima 5.1.7-5.1.9 demonstrira se delovanje meumolekulskih sila (koheziona i adheziona). Ogledom 5.1.10 demonstrira se kapilarna pojava. Putem nekih ogleda uenicima moemo ukazati na znaaj povezanosti biologije i hemije sa fizikom.

5.1.1. OGLED: Opna od sapunice

CILJ OGLEDA: Ogled daje informacije o dejstvu i osobini sila povrinskog napona. Uenici mogu primetiti da je opna elastina i podlee deformaciji. Pokazati dejstvo sile povrinskog napona na konac sa tenjom da povrinu svede na minimalnu vrednost. Ukazati na to da povrinske sile deluju u ravni povrine i da su normalne na konac.

POTREBAN MATERIJAL: ica preseka 1 do 1.5mm, konac, voda, sapun, glicerin

Slika 5.1 Razliiti oblici opne od sapunice

TOK RADA: Napraviti sapunicu od vode, sapuna i glicerina. Za iani prsten, prenika nekoliko centimetara, privezan je konac kao na slici 5.1. Kada se prsten i konac potope u sapunicu i izvuku, obrazovae se na prstenu tanka opna tenosti na kojoj konac zauzima proizvoljan oblik. Pomeranjem rama konac e menjati poloaj u ravni opne i uvek e se nalaziti u ravnotenom stanju. Ako se opna probije sa jedne strane konca, konac e se zategnuti prema drugoj strani. Slino se moe pokazati i sa pravougaonim ramom ije su dve paralelne stranice ice, a druge dve strane su napravljene od konca. Potopimo ram u sapunicu i posle izvlaenja pravougaoni ram vie nee biti pravougaoni, opna e povui konce i oni e se iskriviti ka unutranjosti opne. Ako uzmemo pravougaoni ram, ija je jedna stranica napravljena od konca, pri potapanju u tenost od sapunice, opna koja se

Page

44

stvorila na njemu povui e konac i obrazovae minimalnu povrinu. Moemo vezati konac za tu stranicu koja je napravljena od konca i delovanjem sile na njega moemo deformisati opnu. im prestane dejstvo sile opna e zauzeti poetni poloaj.

OBJANJENJE: Svaka tenost tei da ima to manju slobodnu povrinu i zato deluje silama povrinkog napona na svaku konturu. Delovanjem sile povrinskog napona dolazi do zatezanja konca i konac e biti povuen od preostalog dela opne, teei da smanji svoju povrinu. Opna vue konac silama koje su na njega normalne i koje su u ravni opne. Svakako da su iste sile dejstvovale i pre nego to je deo opne raskinut, ali poto je opna bila na obema stranama konca, ukupna sila kojom je opna dejstvovala na konac bila je jednaka nuli i konac se nalazio u ravnotenom stanju.

Page

45

5.1.2. OGLED: Plutani ep

CILJ OGLEDA: Demonstrira delovanje povrinskog napona sa unutranje strane povrinskog sloja tenosti, odnosno ispod prividne opne. Ukazuje na to da povrinski napon deluje ne samo sa spoljanje nego i sa unutranje strane tenosti.

POTREBAN MATERIJAL: ica preseka 1 do 1.5mm, savijena u prsten poluprenika 5cm, plutani ep, spajalice

TOK RADA: Da bi izveli ovaj eksperiment potrebno je napraviti poseban plovak. Inae plovak pluta na povrini vode (kako mu je teina manja od potiska), ali ako ga potisnemo ispod vode u ovom sluaju nee moi da izroni. Plovak se sastoji od ianog prstena uvrenog na ep od plute, kao to pokazuje slika 5.2.

Slika 5.2 Plovak na povrini i ispod povrine vode

S donje strane epa prua se ica koji se zavrava sa malom kukom. Kuka nam slui za veanje tega od spajalica za papir. Debljina ice, veliina spajalica koje emo obesiti na kuku nisu presudni, ali moraju biti odabrani tako da plovak stavljen u vodu pluta s prstenom visoko iznad povrine, a ep jedva da izviruje. Kad je plovak gotov stavimo ga u duboku vodu i optereujemo spajalicama sve dok ne postignemo da stabilno pliva s prstenom iznad povrine. Ali kad ga potisnemo itavog pod vodu on e ostati ispod povrine vode. Ako elimo da ponovo izroni ep, treba kanuti alkohol na povrinu vode.

OBJANJENJE: Povrinski napon e zadrati prsten ispod prividne opne. Plovak nema dovoljno veliku silu da probije opnu. To jest, razlika teine plovka i sile potiska podesi se spajalicama, tako da bude manja od sile potrebne za probijanje opne. Dakle, plovak potisnut rukom pod povrinu vode ostae ispod, zadran silama kohezije.

Page

46

5.1.3. OGLED: Spajalica na povrini vode

CILJ OGLEDA: Ogled demonstrira postojanje povrinskog napona zbog ega se povrinski sloj tenosti ponaa kao prividna elastina opna. Rezultujua povrinska sila sa silom potiska kompenzuje teinu tela i odrava ga na povrini vode iako je gustina tela vea od gustine vode.

POTREBAN MATERIJAL: metalni novi ili spajalica, posuda sa vodom, cigaret papir

Slika 5.3 Novi i spajalica plutaju po povrini vode

TOK RADA: Na povrinu vode moemo oprezno postaviti spajalicu ili novi, tako da se zadri na vodi i da ne potone (slika 5.3). Zato ona ne potone, kad je gvoe tee od vode? Moramo obratiti posebno panju pri postavljanju spajalice na povrinu vode. Najpodesniji nain da se ovaj eksperiment izvede je da na povrinu vode stavimo cigaret papir i na njega spajalicu ili novi. Kada cigaret papir upije vodu, on e pasti na dno dok e spajalica ostati na povrini vode.

OBJANJENJE: Tenost se ponaa kao da na slobodnoj povrini ima opnu. Ta prividna opna moe da se deformie i da se rastegne, a pritom se nee prekinuti. Kad prestane dejstvo sile, povrina e se vratiti u prvobitno stanje. Oko novia koji pliva na vodi, stvara se jedno, jedva primetno, udubljenje. Kako voda tei da zauzme na svojoj povrini potpuno horizontalan poloaj, povrinski sloj tenosti nastoji da to udubljenje ispravi, te na novi vri pritisak navie i na taj nain ga podupire.

Page

47

5.1.4. OGLED: Platoov ogled

CILJ OGLEDA: Ogledom demonstriramo tenju opne tenosti da zauzme najmanju moguu povrinu, a to je oblik lopte. Korienjem razliitih kontura uenici mogu da se uvere kako se povrina opne kontrahuje.

POTREBAN MATERIJAL: ica, sapun, glicerin, voda, posuda

TOK RADA: Od ice napravimo razlite geomtrijske oblike. U naem sluaju to je kocka i tetraedar. Potopimo ram u sapunicu i izvuemo ga. Tada se stvara opna koja e da zauzme najmanju moguu povrinu (slika 5.4).

a) b)

Slika 5.4 Najmanja povrina opne od sapunice u sluaju: a) kocke, b) tetraedra

OBJANJENJE: Prema optem principu, svaki sistem u prirodi tei da zauzme takvo ravnoteno stanje u kome mu je potencijalna energija minimalna. Meu svim telima iste zapremine najmanju povrinu ima sfera. Opna e teiti da zauzme moguu najmanju povrinu zbog ravnotee pri emu e nastati i takav oblik povrine.

Page

48

5.1.5 OGLED: Da li e voda iscureti?

CILJ OGLEDA: Jednostavan ogled koji pokazuje postojanje povrinskog napona zbog kojeg nastala opna nedozvoljava vodi da se razlije iako na nju deluje teina tenosti.

POTREBAN MATERIJAL: aa, voda obojena nekom bojom, tanjir, metalni novi

Slika 5.5. Delovajne povrinskog napona - aa i novii

TOK RADA: Uzmemo au i sipamo do vrha vodu koja je predhodno obojena nekom bojom. Zatim je poklopimo tanjirom i okrenemo je da joj otvor bude na dole. Naravno, voda nee iscureti jer aa lei na tanjiru. Paljivo ubacujemo etiri novia, jedan po jedan, ispod ae tako da na kraju aa dodiruje samo novie (slika 5.5), a izmeu povrine tanjira i ae nastae razmak od oko 3mm .

OBJANJENJE: Zbog postojanja povrinskog napona izmeu tanjira i ae stvorie se opna koja ne dozvoljava tenosti da se razlije.

Page

49

5.1.6. OGLED: Kako moe voda da se zadri u situ?

CILJ OGLEDA: Dokazuje postojanje rezultujue povrinske sile na velikom broju malih opni koja zajedno sa atmosferskom pritiskom kompenzuje teinu tenosti.

POTREBAN MATERIJAL: voda, aa, sito ili gaza, gumica, karton papir

TOK RADA: Pokrijemo suvom gazom au i privrstimo je gumicom, a zatim sipamo vodu u au. Moemo primetiti da voda kroz suvu gazu dosta brzo napuni au. Potom stavimo karton papir na nju i okrenemo je. Lagano izvuemo karton i voda e iscuriti iz ae mnogo sporije nego kada smo u nju sipali.

OBJANJENJE: Zbog povrinskog napona meu sitnim otvorima mokre gaze stvaraju se opne. Nastala opna tee proputa vodu nego suva gaza gde su rupice slobodne. Teina tenosti e se raspodeliti na mnotvu mali opni i atmosferski pritisak e je zadrati u ai. Ako malo iskrivimo au tako da na manji broj opni dolazi vea koliina vode, ona e se izliti.

Page

50

5.1.7. OGLED: Razbeani biber

CILJ OGLEDA: Dokazati postojanje takvih materija koje imaju osobinu da poveavaju ili, u naem sluaju, smanjuju povrinski napon tenosti. Takve materije nazivamo povrinski aktivnim materijama, o kojima e uenici uiti na nastavi hemije. Na osnovu uloge sapuna pri smanjenju povrinskog napona tenosti ukazati na njegov znaaj, naprimer kod pranja vea.

POTREBAN MATERIJAL: crni biber, posuda sa vodom, teni sapun

Slika 5.6. Dejstvo sapuna na povrinski napon

TOK RADA: Sipamo vodu u posudu, zatim pospemo crni biber ravnomerno po povrini vode. Kanemo teni sapun u sredinu povrine tenosti i primetiemo da e se biber razbeati ka ivici suda. Pri svakom novom izvoenju eksperimenta koristimo istu vodu i isto posue (slika 5.6).

OBJANJENJE: Povrinski napon je na celoj povrini isti kada smo stavili biber. Kada sredinu tretiramo sapunom, na tom mestu e se povrinski napon smanjiti i doi e do pomeranja bibera ka ivici posude, odnosno ka povrini gde je povrinski napon vei. Povrinski napon sapuna u odnosu na vazduh je manji nego od vode. Neke materije imaju osobinu da smanjuju ili poveavaju povrinski napon , to se lako moe objasniti njihovom molekularnom strukturom.

Page

51

5.1.8. OGLED: Koliko novia da ubacimo?

CILJ OGLEDA: Ogled pokazuje da je opna tenosti veoma elastina i podlee deformaciji. Ubacivanjem novia poveavamo povrinu te opne koja se stvorila zbog povrinskog napona, ali ona istovremeno i tei da se skupi na najmanju moguu vrednost.

POTREBAN MATERIJAL: posuda sa vodom, novii

Slika 5.7 Prividna opna tenosti

TOK RADA: Napunimo posudu sa vodom skroz do vrha. Polako ubacujemo novie jedan po jedan. Iako je posuda napunjena vodom skroz do vrha, moi emo da ubacimo dosta novia, a da pritom voda ne iscuri iz nje. Ako je pomerimo opna e samo da talasa, odnosno da vibrira, ali voda e i dalje ostati u posudi (slika 5.7).

OBJANJENJE: Zbog povrinskog napona stvorie se opna na povrini vode, koja je elastina i lako se deformie. Razlog te pojave je dejstvo meumolekularnih sila izmeu estica tenosti, vazduha i vrstog tela, odnosno ae.

Page

52

5.1.9. OGLED: Kako podii kuglicu od voska a da je ne dodirnemo?

CILJ OGLEDA: U prvom delu ogleda uenici mogu da primete da voda ne kvasi vosak. Treba im obratiti panju na to da voda kvasi neke materije a neke nekvasi, pri tome moemo i navesti neke primere. Bitno je kod ovog ogleda naglasititi da zahvaljujui povrinskom naponu, koji ponovo stvaramo pri pokrivanju potonule kuglice teglom, moemo kulglicu podii ponovo na povrinu tenosti.

POTREBAN MATERIJAL: dublja posuda sa vodom, tegla, vosak, iode

Slika 5.8. Voda nekvasi vosak

TOK RADA: Napravimo malu kuglicu od voska prenika 2-3 cm, napunimo posudu sa vodom i stavimo kuglicu na povrinu vode. Kuglica e plutati na vodi(slika 5.8) jer je gustina voska manja od gustine vode. Ako ubadamo u kuglicu iode jednu po jednu poveavaemo srednju gustinu kuglice sve dok ne dobijemo priblinu, ali malo veu gustinu od vode. Tada je postavimo na povrinu vode, ali veoma paljivo. Primetiemo da kuglica nee potonuti nego e plutati tako to joj samo mali deo viri napolje. Ako je gurnemo ispod povrine vode guglica e potonuti na dno suda. Na telo ispod vode deluje samo sila tee i mala sila potiska. Zatim, uzmemo teglu i pokrijemo potonulu kuglicu. Ako polako pomeramo teglu nagore, moemo je izvui lagano i ponovo dovesti kuglicu na povrinu vode (slika 5.8).

OBJANJENJE: Voda ne kvasi vosak i oko povrine voska e se malo podii tenost. Sila koja potie od povrinskog napona voda-vosak-vazduh imae smer kao i potisak i tako slabi silu tee. Vazduh koji se nalazi u tegli stvorie ponovo povrinski napon izmeu vode, vazduha i voska, dodaje se sili potiska i kuglica e ponovo izai na povrinu vode.

Page

53

5.1.10. OGLED: Obojena salveta

CILJ OGLEDA: Pokazati uenicima da zbog kapilarnih pojava, tenost se podie kroz itav splet kapilara i kvasi materiju iako nije cela potopljena u tenost. Veoma jednostavan ogled, ali daje objanjenje na to kako se biljke hrane, to je veoma bitno da uenici shvate jer se susreu sa time i u nastavi biologije. Poeljno je spomenuti da kapilarnost moe da bude kako korisna tako i tetna pojava (vlaenje zidova kod graevine, bre se osui zemljite itd.)

POTREBAN MATERIJAL: salveta, obojena voda, posuda

TOK RADA: Uzmemo salvetu i umoimo joj kraj u vodu koja je predhodno obojena. Primetiemo da e salveta upijati tenost do neke visine koja ni ne dodiruje povrinu tenosti.

Slika 5.9. Kapilarna pojava

OBJANJENJE: Zbog pojave kapilarnosti porozne materije u kojima je itav splet kapilara, potpuno se mogu nakvasiti i ako nisu celom zapreminom u vodi. Takvu strukturu ima i salveta. Uzrok ove pojave se objanjava postojanjem sile adhezije i kohezije.

Page

54

6. ZAKLJUAK

Fizika je dinamina, eksperimentalna nauka i sve njene teorije se oslanjaju na eksperimente i zajedno sa iskustvom slue kao jedini dokaz njihovog potvrivanja. Uz pomo iskustva, teorije i eksperimenata, omoguava se formiranje fundamentalnih naunih shvatanja, koja e uenik kasnije koristiti u reavanju teoretskih i praktinih problema sa kojima se susree u ivotu. esto se deava da uenici dobijaju u koli isto formalno znanje u granicama gradiva propisanog programom i ne mogu da reavaju prosta praktina pitanja ili da protumae fizike pojave koje nisu objanjene u udbeniku. Savremeni nastavni proces treba da bude zasnovan na zajednikom radu nastavnika i uenika. Od uenika se zahteva da budu aktivni, a od nastavnika da bude spreman i kreativan. Dobra i uspena nastava daje uenicima potrebno predznanje, uvodi ih u proces miljenja, upoznaje ih sa postupcima koji im olakavaju pronalaenje odgovora na probleme koji se pojavljuju.

Diplomski rad prikazuje jednu od mogunosti obrade nastavne tematske jedinice: Povrinski napon i kapilarne pojave koja se predaje u gimnaziji drugog razreda u okviru nastavne teme: Molekulske sile i agregatna stanja. Da bi se ciljevi i zadaci nastave fizike ostvarili, u okviru ove nastavne jedinice, izvedeni su jednostavni ogledi po ve steenim predznanjima o delovanju meumolekularnih sila. Prikazani su neki primeri iz svakodnevice koji potvruju znaaj ove teme u cilju boljeg i pristupanijeg shvatanja pojmova kao to su povrinski napon, kapilarnost, adhezija i kohezija. Posmatranjem osnovnih pojava uenici proiruju svoje predstave o uzajamnoj povezanosti i uzronoj uslovljenosti prirodnih pojava. Treba ukazati i na to da ljudsko saznanje nema granicu i da u prirodi ne postoje takve pojave koje se ne mogu objasniti, jedino postoje pojave koji jo nisu poznate. Ovakav koncept nastave zahteva i omoguava primenu savremenih oblika i metoda rada u nastavnom procesu, posebne metode otkrivanja i reavanja problemskih zadataka, razvija sposobnost za eksperimentalni rad, posmatranje, uoavanje i zakljuivanje. Primenom metode demonstracionih ogleda u izlaganju gradiva, uenici produbljuju svoja znanja, pokazuju za to znanje vei interes, aktiviraju se i stiu trajnija i operativnija znanja koja e lake primeniti u novim problemskim situacijama.

Page

55

7. LITERATURA:

1. NATAA ALUKOVI: Fizika za II razred Matematike gimnazije - Krug, Beograd, 2003.

2. IVKO K.KOSTI: Izmeu igre i fizike - Tehnika knjiga, Beograd, 1962.

3. D. OBADOVI: Jednostavni ogledi u nastavi fizike (skripta), Novi Sad, PMF Departman za fiziku, 2006.

4. IVAN JANI: Fizika - Novi Sad, 1988.

5. M. BUDINSKI: Praktikum eksperimentalnih vebi iz fizike - Novi Sad, 1987.

6. ORE M. BASARI:Metodika nastave fizike - Nauna knjiga,Beograd,1979.

7. MILAN O. RASPOPOVI: Metodika nastave fizike - Zavod za udbenike i nastavna sredstva, Beograd 1992.

8. GUSTAV INDLER, BRANKO BEK: Primjena metode laboratorijskih radova u nastavi fizike, kolska knjiga, Zagreb, 1970.

9. WERNER HEISENBERG: Slika sveta savremene fizike - Epoha, Zagreb, 1961

Linkovi:

1. http://metal.elte.hu/~phexp/tart/tt_ffs.htm

2. http://www.freeweb.hu/hmika/Lexikon/Html/FeluFesz.htm

3. http://hu.wikipedia.org/wiki/Felleti_feszltsg

Page

56

KRATKA BIOGRAFIJA:

Banjari Aniko, roena 02.04.1979 godine. Zavrila osnovnu kolu i gimnaziju u Beeju. Zaposlena u Tehnikoj koli u Beeju.

Page

57

UNIVERZITET U NOVOM SADU PRIRODNO - MATEMATIKI FAKULTET KLjUNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA Redni broj:

RBR Identifikacioni broj:

IBR Tip dokumentacije: Monografska dokumentacija TD Tip zapisa: Tekstualni tampani materijal TZ Vrsta rada: Diplomski rad VR Autor: Aniko Banjari AU Mentor: dr. prof Duanka Obadovi MN Naslov rada: Obrada nastavne jedinice Povrinski napon i kapilarne pojave za gimnazije NR Jezik publikacije: srpski (latinica) JP Jezik izvoda: srpski/engleski JI Zemlja publikovanja: Srbija ZP Ue geografsko podruje: Vojvodina UGP Godina: 2010 GO Izdava: Autorski reprint IZ Mesto i adresa: Prirodno-matematiki fakultet, Trg Dositeja Obradovia 4, Novi Sad MA Fiziki opis rada: 7/58/2/42/0/0 FO Nauna oblast: Fizika NO Nauna disciplina: Demonstarcioni eksperimenti u nastavi fizike ND Predmetna odrednica/ kljune rei: Povrinski napon i kapilarne pojave / nastava fizike u gimnaziji PO UDK uva se: Biblioteka departmana za fiziku, PMF-a u Novom Sadu U Vana napomena: nema VN 76 Izvod: U radu je prikazana obrada tematske jedinice Povrinski napon i kapilarne pojave. Pored teorijskog objanjenja

osnovnih karakteristika povrinskog napona i kapilarnosti, prikazani su i jednostavni demonstracioni ogledi za uenike gimnazije

drugog razreda , koji omoguuju uenicima da na lak i jednostavan nain usvoje osnovne pojmove i zakone.

IZ Datum prihvatanja teme od NN vea: 20.10.2010

DP . Datum odbrane: 29.10.2010

DO lanovi komisije: Predsednik: Dr Duan Lazar, red.prof. lan: Dr. Milica Pavko-Hrvojevi,vanred.prof.

KO lan: Dr. Duanka Obadovi, red.prof.

Page

58

UNIVERSITY OF NOVI SAD FACULTY OF SCIENCE AND MATHEMATICS KEY WORDS DOCUMENTATION Accession number:

ANO Identification number:

INO Document type: Monograph publication

DT Type of record: Textual printed material

TR Content code: Final paper

CC Author: Aniko Banjari

AU Mentor/comentor: Dr. prof Duanka Obadovi

MN Title: Treatment Themes Unit: SURFACE TENSION AND CAPILLARITY in gymnasium

TI Language of text: Serbian (Latin)

LT Language of abstract: English

LA Country of publication: Serbia

CP Locality of publication: Vojvodina

LP Publication year: 2010

PY Publisher: Author's reprint

PU Publication place: Faculty of Science and Mathematics, Trg Dositeja Obradovia 4, Novi Sad

PP Physical description: 7/58/2/42/0/0 PD Scientific field: Physics

SF Scientific discipline: Demonstrative experiments in teaching

SD Subject/ Key words: surface tension/capillarity/high-school physics teaching

SKW UC Holding data: Library of Department of Physics, Trg Dositeja Obradovia

HD Note: none

N Abstract: This paper presents a thematic analysis of the "Surface tension and capillary phenomena". In addition to theoretical

explanations of the basic characteristics of surface tension and capillary, simple demonstration experiments for second grade high

school students which allow students to adopt the basic concepts and laws in an easy way have also been shown.

AB Accepted by the Scientific Board: 20.10.2010

ASB Defended on: 29.10.2010

DE 2010 DB Thesis defend board:

President: : Ph.D. Duan Lazar, full prof.

Member: Ph. D. Duanka Obadovi, full prof.

Member: Ph. D.Milica Pavkov-Hrvojevi, full prof.