ویژگی های منحصر به فرد آب _ جلسه پنجم

اهداف:

• آشنایی با روش برون یابی و تحلیل داده ها

• آشنایی با خاصیت منحصر به فرد آب در دمای بین 0 تا 4 درجه سانتی گراد

وسایل مورد نیاز:

• داده ها و نمودارهای جلسه قبل

5-1  مقدمه
جلسات قبل با مفهوم چگالی و چگالی نسبی دو ماده آشنا شدیم و فهمیدیم که موادی که چگالی کمتری دارند بر روی مایعاتی که چگالی بیشتری دارند قرار می گیرند. سئوالی که در دو جلسه قبل مطرح شد و جلسه قبل به آن پرداختیم این بود که گرم کردن و سرد کردن مواد چه رابطه ای با چگالی آنها دارد؟ 

به سئوالات زیر را توجه کنید:
_ اگر مقداری از یک مایع یخ زده را درون همان مایع بیندازیم، ماده یخ زده برروی مایع قرار می گیرد یا به زیر می رود؟ 
_ یک مایع از زیر شروع به یخ زدن می کند یا از سطح؟

5-2 برون یابی
برون یابی چیست؟

برون یابی روشی است برای تحلیل داده ها که به وسیله آن می توانیم رفتار پدیده ای را با توجه به نمودار آن پیش بینی کنیم. توجه داشته باشید که این روش قطعی نیست و مثل هر پیش بینی و پیشگویی ای احتمال اشتباه در آن است.

برای مثال نمودار داده های زیر را رسم می کنیم.

همان طور که می بینیم این نمودار محدود به داده هایی است که برای رسم داده ایم. و هیچ اطلاعاتی در مورد اینکه قطر قطره اگر ارتفاع سقوط بیش از 45 یا کمتر از 5 باشد به ما نمی دهد. ما می توانیم به وسیله روش برون یابی قطر قطره را در ارتفاع بیش از 45 و کمتر از 5 پیش بینی کنیم. به این طریق که نمودار بدست آمده از داده ها را خارج از محدوده داده بسط می دهیم. این روش بسیار ساده و بسیار مفید است.

برای اینکه مقدار Y را در X های بیشتر بدانیم در Forward عدد را بیشتر می کنیم . و برای اینکه مقدار Y را در X های کمتر بدانیم در Backward عدد را افزایش می دهیم. و سپس OK را کلیک می کنیم. 

همانطور که می بینیم نمودار شکل با توجه به مقدار افزایش در Forward و Backward به صورت زیر در می آید.

حالا به وسیله برون یابی و با توجه به داده های آزمایش جلسه قبل، حجم آب در دما های 20و10و 4و 0و 5- و 20- را پیش بینی کنید. 
با توجه به آنچه گفته شد و با توجه به روش برونیابی مقدار حجم و چگالی مایعات را در دمای صفر درجه بدست آورید. با توجه به نمودارها به نظر شما بیشترین چگالی مایعات در چه دمایی است؟

به عکس های زیر توجه نمایید، آنچه را می بینید توصیف کنید.

این عکس ها برای شما غیر عادی است؟ با توجه به مطالبی که یاد گرفته اید، چه چیز جالبی را در این عکس ها می بینید؟
قالب یخی را درون ظرف آبی بیندازید حالا که با مفهوم چگالی و وابستگی آن با دما آشنا شدید، سئوال اصلی این است که چرا یخ برروی آب قرار می گیرد؟ چرا باید چگالی یخ کمتر از آب باشد.
همانطور که می دانیم وقتی مایعی یخ می زند چگالی اش زیاد تر می شود. پس چرا یخ چگالی اش کمتر شده؟
کدام استدلال غلط بوده، اینکه سرما باعث افزایش چگالی نمی شود، یا چیز دیگر؟

مشاهداتان رادرباره آزمایشی که انجام داده اید بیان کنید. وقتی آب و روغن یخ زده بودند چه تغییری در آنها اتفاق افتاده بود. چرا حجم آب زیاد شده و حجم روغن کم شده؟ ارتباط بین مشاهداتشان و اینکه یخ بر روی آب می ایستد چیست؟

همان طور که مشاهده کردید آب وقتی یخ می زند حجمش افزایش می یابد و این باعث می شود تا چگالی اش کاهش یابد، بر عکس بقیه مواد. این خاصیت منحصر به فرد آب است که وقتی سردش می کنیم تا دمای 4 درجه بالای صفر همانند کلیه مایعات منقبض می شود ولی از 4 درجه تا صفر درجه حجمش افزایش می یابد. برای همین است که یخ بر روی آب قرار می گیرد.
در این جدول چگالی آب در دماهای مختلف در فشار 101325 پاسکال نشان داده شده است. و نمودار آن رسم شده است. همانطور که می بینید، چگالی با کاهش دما تا 4 درجه افزایش می یابد. ولی از 4 درجه تا صفر درجه دوباره کاهش می یابد.

حالا به نظر شما آب از سطح یخ می زند یا از عمق؟ چرا؟ از مشاهداتشان در مورد آزمایشی که انجام دادید کمک بگیرید.

همین خاصیت منحصر بفرد آب، یکی از عوامل حیات به شمار می رود. همان طور که قبل گفتیم آب در 4 درجه سانتی گراد بیشترین مقدار چگالی را دارد. و چگالی آن از دمای صفر تا 4 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. به بیان دیگر وقتی در زمستان سطح دریاچه ای سرد می شود و دمای آن به 4 درجه سانتی گراد می رسد، چگالی آبی که در سطح قرار دارد بیشتر از بقیه آب است برای همین پایین می رود. آبی که در سطح قرار می گیرد نسبت به بقیه نقاط سرد تر است و وقتی به دمای صفر درجه می رسد شروع به یخ زدن می کند. و لایه ای یخ روی آب ایجاد می شود. یخ ایجاد شده در سطح همانند عایقی برای بقیه دریاچه عمل می کند و اجازه نمی دهد که آب لایه های پایین تر گرمای خود را از دست داده و به دمای صفر درجه برسد. 

فرض کنید اگر قرار بود دریاها و دریاچه ها از پایین به بالا یخ بزند! آن وقت هیچ موجود زنده ای دیگر درون آب ها باقی نمی ماند. در حالی که، وقتی سطح آب ها یخ می زند، موجودات آبزی در زیر لایه های یخ به حیات خود ادامه می دهند.

تکلیف: نمودار برون یابی شده خود را به همراه  پیش بینی هایتان، برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید: ______

منابع مطالعه: برای آنکه با خواص غیر طبیعی آب بیشتر آشنا شوید سایت معرفی شده زیر را مطالعه نمایید.

http://www.ngdir.ir/sitelinks/kids/html/water-mafahim_new_feri_khavase%20gheyre%20adie%20ab.htm

_ برای توجیه خواص ویژه آب با پیوند هیدروژنی به سایت زیر مراجعه نمایید.

http://shimino.parsiblog.com/796923.htm