Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 3 2016

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде)
The floating candle (a burning candle floats on water)


В.Н. Витер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Возьмем парафиновую свечу (например, длиной 10-20 см, диаметром 2 см), примотаем к нижней ее части металлическую проволоку (играет роль груза) и опустим свечу в сосуд с водой. Массу проволоки подберем так, чтобы свеча плавала в воде, как рыбацкий поплавок: не тонула и стояла почти вертикально. Большая часть свечи будет погружена в воду, а верхняя часть вместе с фитилем останется над водой. Зажжем свечу. Что будет дальше?

Казалось бы, та небольшая часть свечи, которая находится над водой, сгорит. В результате пламя коснется воды и погаснет. Но время идет, свеча горит, а пламя все не гаснет...

Дело в том, что когда сгорает надводная часть свечи, свеча становится легче (т.е. вес свечи уменьшается, и свеча с меньшей силой давит на опору - воду). Тем временем, подводный участок свечи остается без изменений. Сила Архимеда, которая выталкивает свечу из воды, пропорциональна массе воды, вытесненной свечой. Чем больше объем подводной части свечи, тем больше сила Архимеда.

До того, как мы подожгли свечу, сила Архимеда уравновешивала вес свечи, в результате бОльшая часть свечи оставалась под водой, а небольшая часть находилась над водой. Теперь участок свечи сгорел, вес свечи уменьшился, а сила Архимеда осталась прежней. В результате равновесие нарушается (сила Архимеда преобладает) и небольшой подводный участок свечи всплывает. Объем подводной части свечи уменьшается, а с ним - и сила Архимеда. Наступает новое равновесие между весом свечи (который стремится погрузить свечу на дно) и силой Архимеда (которая пытается вытолкнуть свечу из воды).

В результате верхняя часть свечи остается над водой, фитиль продолжает гореть. Тем временем сгорает еще один участок свечи, свеча становится легче и снова поднимется. Устанавливается динамическое равновесие: свеча постепенно сгорает и поднимается над водой - в результате фитиль все время находится над водой и продолжает гореть. Постепенное уменьшение длины подводного участка свечи четко заметно. Такая свеча может сгореть почти полностью. Но почему "почти"?

Всплывать в жидкости могут только те тела, чья плотность меньше, чем плотность жидкости (в нашем случае - воды). Плотность парафина меньше плотности воды - он всегда всплывает, но... Но наша свеча - не только парафин: снизу примотана металлическая проволока (я использовал медную). Свеча всплывает до тех пор, пока средняя плотность свечи меньше, чем плотность воды.

Средняя плотность = (масса парафина + масса меди)/(объем парафина + объем меди). Средняя плотность свечи с проволокой меньше, чем плотность проволоки и больше, чем плотность парафина. Причем, чем больше доля легкого компонента (парафина), тем средняя плотность меньше. Масса и объем проволоки остаются без изменений (медь в нашем опыте не горит), зато масса и объем парафина уменьшаются по мере того, как свеча сгорает. По мере горения средняя плотность свечи с проволокой все выше и она все больше приближается к плотности воды - в результате надводный участок свечи все меньше выступает над поверхностью.

Когда плотности сравняются, свеча полностью погрузится в воду и погаснет. - Это теоретически. На практике огарок свечи может дополнительно поддерживать на плаву поверхностное натяжение (вспомните, что стальное лезвие и игла, а также алюминиевые монеты способны плавать на поверхности воды). Я даже наблюдал, что горящий фитиль внутри свечи опускался даже ниже уровня воды: парафин плохо смачивается водой - это некоторое время спасает фитиль от затопления. Но, в конце концов, вода заливает фитиль, свеча гаснет, а недогоревший огарок свечи может утонуть от легкого прикосновения.

Если кому-то интересно, несколько слов о съемке эксперимента.

В нашем опыте свеча горела более 2 часов. Съемка далась непросто. Разумеется, снимать такое длинное видео не имело смысла, поэтому я снимал отдельные фрагменты, в частности, чтобы проиллюстрировать, как уменьшается длина подводной и надводной части свечи. Важным было застать тот момент, когда свеча гаснет от контакта с водой. Проблема была в том, что объем карты памяти фотоаппарата ограничен и, чтобы снять новые видео, приходилось удалять старые (по ходу опыта). Все равно объема не хватило: карточка закончилась как раз в тот момент, когда осталось всего пару секунд до того, как свеча полностью погаснет. Пришлось доставать свечу, вытрусить из нее воду и срезать часть медной проволоки - чтобы свеча стала легче и снова могла плавать. Аккуратно поместил свечу на воду и опять зажег. В этот раз свеча горела более пяти минут и только потом погасла.

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а

Свеча-поплавок (горящая свеча плавает на воде). The floating candle (a burning candle floats on water)а



<Давление, Поверхностное натяжение, Сила Архимеда (эксперименты)
Pressure, Surface Tension, Archimedes' principle (Experiments)>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном 2] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Физика и физический эксперимент (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]