Исследовательская работа "Удивительные свойства бумаги"

 Республиканский конкурс исследовательских работ и творческих проектов дошкольников и младших школьников

«Я – исследователь»

Исследовательская работа

«Удивительные свойства бумаги»

Выполнил: Волкова Мария,

ученица 3В класса

Руководитель: Ефремова Елена Владимировна, учитель начальных классов

Чебоксары, 2018 г.

Удивительные свойства бумаги

Введение.

Я - листок бумажный,

Маленький, отважный.

Ты рисуй на мне, пиши,

Другу фокус покажи.

Бумага – какое простое и всем известное слово! Бумага с древних времён и по настоящее время не утратила своей важности в нашем мире. С бумагой мы постоянно сталкиваемся в нашей повседневной жизни. Это наиболее распространенный материал, который используется в различных областях. Нельзя представить нашу современную жизнь без такого простого и вместе с тем необходимого и нужного материала как бумага.

Данная тема заинтересовала меня еще и потому, что я очень люблю работать с бумагой, делать различные аппликации, поделки. И мне стало интересно, какие виды бумаги существуют и какими они обладают свойствами и как можно применить полученные знания, мастеря ту или иную поделку.

Актуальность данной работы в том, что в школе и дома мы очень часто делаем аппликации и поделки из бумаги, и, чтобы сделать красивую вещь, надо знать разнообразие видов бумаги и её свойства. Тогда можно создать интересные и оригинальные изделия.

Целью нашей работы является изучение механических свойств некоторых видов бумаги путём проведения экспериментов с ними.

Для успешного решения поставленной цели мы решали следующие задачи:

·         изучить, проанализировать и систематизировать имеющуюся литературу о видах бумаги и их свойствах;

·         изучит свойства, структуру бумаги;

·         провести опыты с разными видами бумаги;

·         обобщить полученные знания и сделать выводы.

Гипотеза:

Разные виды бумаги отличаются друг от друга по своим механическим свойствам.

Объект исследования – некоторые виды бумаги (салфетка, цветная бумага, тетрадный лист, бумага для офисной техники, картон).

Предмет исследования – механические свойства бумаги. 

Методы исследования

- теоретический и сопоставительный анализ собранных материалов (информации, фотографий, видеосюжетов);

- прямые и косвенные наблюдения;

- проведение опытов с бумагой;

- анализ полученных результатов.

По структуре исследовательская работа включает введение, теоретическую и практическую части, заключение.

ЧТО МЫ ЗНАЕМ О БУМАГЕ?

Бума́га (от итал. bombagia < лат. bombacium ‘хлопок’) — волокнистый материал с минеральными добавками в виде листов для письма, рисования, упаковки и прочего, получаемый из целлюлозы: растений, а также вторсырья (тряпья и макулатуры).

Впервые люди узнали бумагу в 105 году н. э. в Китае. Это стало одним из самых важных изобретений того времени. Бумагу изготовил из растительных волокон Цай Лунь. Начиная с 1803 года в производстве бумаги стали использоваться бумагоделательные машины. К середине 19 века бумагоделательная машина превратилась в сложный агрегат, работающий непрерывно и в значительной мере автоматически. В 20 веке производство бумаги становится крупной отраслью промышленности.

СВОЙСТВА БУМАГИ

Свойства бумаги подразделяются на структурно-механические, оптические, химические, электрические и свойства, определяемые при помощи микроскопа.

Структурные и геометрические

Масса или вес одного квадратного метра бумаги является наиболее распространенным показателем, так как большинство бумаг продают по массе 1 м². По принятой классификации масса 1 м² печатной бумаги может составлять от 40 до 250 г. Бумаги с массой выше 250 г/ м² относятся к картонам.

Толщина бумаги, измеряется в микронах (мкм), определяет как проходимость бумаги в печатной машине, так и потребительские свойства — в первую очередь прочностные — готового изделия.

Гладкость характеризует состояние поверхности бумаги, обусловленное механической отделкой, и определяет внешний вид бумаги — шероховатая бумага, как правило, на вид малопривлекательна. Гладкость важна для писчих видов бумаги, для печатных бумаг, а также при склейке бумаги.

Важным геометрическим свойством бумаги, наряду с толщиной и массой, 1 м2, является пухлость. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с такой оптической характеристикой, как непрозрачность: то есть чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в кубических сантиметрах на грамм (см3 /г).

Просвет бумаги характеризует степень однородности ее структуры, то есть степень равномерности распределения в ней волокон. О просвете бумаги судят по наблюдению в проходящем свете. Бумага с сильно облачным просветом крайне неоднородна. Ее тонкие места являются и наименее прочными и легко пропускают воду, чернила, печатную краску. Из-за неравномерности восприятия бумагой печатной краски печать на облачной бумаге получается низкого качества.

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску, и вполне может служить характеристикой структуры бумаги.

Механические

Механическая прочность — одно из основных и важнейших свойств большинства видов бумаги и картона. Достаточная механическая прочность бумаги должна обеспечивать безостановочную работу печатных машин на полиграфических предприятиях.

Показатель сопротивления излому тоже является одним из существенных показателей, характеризующих механическую прочность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых образована бумага, от их прочности, гибкости и от сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и крепко связанных между собой волокон.

Сопротивление продавливанию вряд ли можно отнести к числу основных. Большое значение этот показатель имеет только для упаковочно-оберточных бумаг.

Удлинение бумаги до разрыва, или ее растяжимость, характеризует, способность бумаги растягиваться. Это свойство особенно важно для упаковочной бумаги, мешочной бумаги и картона, для производства штампованных изделий (бумажные стаканы).

Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми, то есть чтобы после снятия нагрузки бумага полностью восстанавливала первоначальную форму.

Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его ширине и длине, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа, называется линейной деформацией при увлажнении. Значения деформации бумаги при намокании и остаточной деформации являются важными показателями для многих видов бумаги (для офсетной, диаграммной, картографической, для основы фотоподложки, для бумаги с водяными знаками).

Оптические

Оптическая яркость — это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях.

Истинная белизна бумаги связана с ее яркостью или абсолютной отражательной способностью, то есть с визуальной эффективностью.

Пожелтение бумаги — это термин, которым условно называют снижение ее белизны от воздействия световых лучей или повышенной температуры. От светового разрушения бумага может быть защищена хранением ее в помещении без окон или с такими окнами, которые закрыты плотными шторами.

Светонепроницаемость — это способность бумаги пропускать лучи света. Свойство непрозрачности бумаги определяется общим количеством пропускаемого света.

Прозрачность определенным образом связана с непрозрачностью, но отличается от нее тем, что определяется количеством света, который проходит без рассеивания. Коэффициент прозрачности является лучшей оценкой высокопрозрачных материалов (калек), тогда как измерение непрозрачности более пригодно для относительно непрозрачных бумаг.

Лоск (глянец) является свойством бумаги, выражающим степень лощености, глянца или способности поверхности отражать падающий на нее свет. Этот показатель можно рассматривать как свойство поверхности бумаги отражать свет под данным углом.

Химические

Влагопрочность, или прочность во влажном состоянии, — еще один важный параметр большинства бумаг, который особенно критичен для бумаги, изготовленной на быстрых бумагоделательных машинах, так как должна обеспечиваться бесперебойная работа буммашины при переходе бумажного полотна из одной секции машины в другую. О влагопрочности бумаги судят по степени сохранения ею во влажном состоянии первоначальной своей прочности, то есть по той прочности, которую она имела до увлажнения, находясь в воздушно-сухом состоянии.

Микроскопические анализы

Кроме обычно применяемых химических, физических и оптических испытаний бумаги, важные сведения о её свойствах можно получить путём исследования под микроскопом. К числу важных областей применения микроскопа на практике относятся определения длины и вида волокна, состав по волокну, анализ загрязнений, пятен, определение степени обработки волокна, изучение смоляной и крахмальной проклейки и исследование бумаги в отношении наполнителей.

Практическая часть

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Для того, чтобы проверить нашу гипотезу о том, что разные виды бумаги отличаются друг от друга по своим механическим свойствам, мы провели ряд экспериментов.

Для проведения опытов нам понадобится:

•          салфетка, цветная бумага, тетрадный лист, бумага для офисной техники, картон;

•          ножницы;

•          карандаши или фломастеры;

•          ножницы;

•          широкая емкость – таз или поднос;

•          вода.

Опыт 1. «Смятие бумаги»

Мы взяли по куску каждого образца и стали сминать их в руках. Все образцы смялись хорошо и быстро, кроме картона. Причем при смятии, все виды бумаги издавали звук. Результаты опыта приведены в Приложении (таблица 2).

Вывод: листы бумаги делают из жестких волокон, которые при смятии ломаются и издают звук.

Опыт 2. «Разрывание бумаги»

Мы взяли по куску каждого образца и стали рвать их вдоль и поперёк. Оказалось, что все образцы легче порвать с одной стороны, чем с другой стороны, и там, где бумага порвана, виднеются тончайшие волокна. Для того, чтобы порвать картон необходимо приложить усилие, причем поперек рвется тяжелее, чем вдоль вертикально расположенного листа. Результаты опыта приведены в Приложении (таблица 2).

Вывод: бумага состоит из мельчайших частичек целлюлозы, соединенных клеем, которые легко рвутся. Значит бумага не прочный материал.

Опыт 3. «Сгибание бумаги»

Из литературных источников мы вычитали, что обычную бумагу, используемую в большинстве офисов (то есть обычную писчую бумагу, средней массы и размера), можно сложить пополам не более семи раз. Решили проверить. Мы взяли по куску каждого образца и стали их сгибать пополам, считая, сколько раз можно согнуть, чтобы лист порвался. Цветную бумагу и бумагу для принтера можно сложить большее количество раз, чем тетрадный лист. Место сгиба у цветной бумаги растянулось, а у картона, тетрадного листа и бумаги для печати – размохрилось.

Результаты опыта приведены в Приложении (таблица 2).

Вывод: бумага рвется в месте сгиба после многократного сгибания. В зависимости от плотности бумагу сложнее сложить несколько раз.

Опыт 4 «Вода и бумага»

Для проведения опыта мы разрезали все образцы бумаги на квадраты со стороной 8,5 см. Сложили квадраты вдвое и вырезали из них цветы. Для частоты эксперимента мы взяли по 3 цветка каждого образца, пронумеровали их.

Отогнули лепестки у цветов вверх.

Затем стали помещать цветы в емкость с водой, засекая время на секундомере, за которое цветы распустят свои лепестки и утонут.

Через некоторое время цветы начали раскрывать свои лепестки. Распускаться бумажные цветы начинают потому, что волокна бумаги напитываются водой, бумага становится тяжелее и распрямляется под собственной тяжестью. В листе бумаги между отдельными бумажными частицами имеются маленькие канальчики, через которые вода может протекать.

Цветы из салфетки быстро намокли и не смогли распуститься. Два цветка из картона утонули – один сразу, другой через некоторое время. Третий цветок раскрывался долго. Цветы из бумаги для офисной техники и тетрадного листа раскрылись, но не утонули, плавали на поверхности воды, даже если их топили. Оставив их в воде на ночь, они также плавали на поверхности воды на следующий день. Мы удивились, как быстро раскрылись цветы из цветной бумаги. Результаты опыта приведены в Приложении (таблица 1).

Вывод: Время, через которое это происходит, зависит от плотности бумаги.

Опыт 5. «Сушка бумаги после намокания»

Мы выловили все цветы из воды и дали им высохнуть. После того как цветы высохли, мы заметили, что все цветы, неровные.

Вывод: жесткие волокна бумаги после высушивания искривляются.

Проведя опыты, можно сказать, что разные виды бумаги по-разному ведут себя при намокании, смятии, разрыве, сгибании. Салфетка намочилась быстро и утонула, два цветка из картона утонули, цветы из цветной бумаги раскрылись очень быстро, также быстро и утонули, а раскрытые цветы из бумаги для офисной техники и тетрадного листа плавали на поверхности воды даже на следующий день. После намокания и последующего высушивания бумажный лист также теряет форму, неравномерно уменьшаясь в размере в месте намокания (коробится). Все образцы смялись легко и быстро, кроме картона. Причем при смятии, все виды бумаги издавали звук. Также любую бумагу легче порвать с одной стороны, чем с другой стороны, и там, где бумага порвана, виднеются тончайшие волокна. Для того, чтобы порвать картон, необходимо приложить усилие, причем поперек рвется тяжелее, чем вдоль вертикально расположенного листа. Цветную бумагу и бумагу для принтера можно сложить большее количество раз, чем тетрадный лист. Место сгиба у цветной бумаги растянулось, а у картона, тетрадного листа и бумаги для печати – размохрилось.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования мы изучили и проанализировали имеющуюся литературу о видах бумаги и их свойствах. Бумагу делают из дерева и выпускают ее в огромном количестве. Оказалось, что существует бумага для печати, крашеная бумага, бумага для письма, бумага впитывающая, картон.

Узнали, что бумага обладает разными свойствами: структурными и геометрическими (масса, толщина, гладкость, мелование, пухлость, просвет, пористость), механическими (механическая прочность, сопротивление излому, сопротивление продавливанию, растяжимость, мягкость, деформация при увлажнении), оптическими (яркость, белизна, пожелтение, непрозрачность, глянец), химическими (влагопрочность).

Для того, чтобы проверить нашу гипотезу о том, что разные виды бумаги отличаются друг от друга по своим механическим свойствам, мы провели ряд экспериментов. Наша гипотеза подтвердилась.

В результате мы пришли к следующим выводам:

1.                 Бумага мнется, при этом волокна, из которых она сделана, ломаются, поэтому первоначальный вид она впоследствии не принимает;

2.                 При смятии бумага издаёт звук;

3.                 Бумага не растворяется в воде, но легко намокает и при намокании многократно теряет прочность. После намокания и последующего высушивания бумажный лист также теряет форму, неравномерно уменьшаясь в размере в месте намокания (коробится);

4.                 Бумага рвется в месте сгиба после многократного сгибания;

5.                 Бумага непрочный материал;

6.                 Бумага пластична;

7.                 Время, за которое мятая бумага выпрямляется в воде, зависит от плотности бумаги;

8.                 Чем плотнее бумага, тем она тяжелее;

В ходе нашего исследования были выполнены все поставленные задачи. В результате исследовательской работы мы пришли к выводу, что бумага – это удивительный материал, один из самых доступных, с ним мы сталкиваемся ежедневно. Оглянувшись вокруг, выяснили, что книги, газеты, обои, различные упаковки – всё это бумага. Оказалось, что существует огромное количество видов бумаги, которое создал человек.

Также выяснили, что, зная свойства бумаги, лист становится послушен рукам, и можно создать очень интересные поделки, используя такие виды работы с бумагой как, аппликация и бумагопластика.

Наша исследовательская работа по изучению свойств бумаги не завершена и мы планируем работать над данной темой.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Бедерханова В.П. Совместная проектировочная деятельность как средство развития детей и взрослых //Развитие личности. 2000.№1.С.24-36;

2.      Дыбина О.В.; Рахманова Н.П., Щетинина В.В. «Неизвестное рядом. Занимательные опыты, эксперименты для дошкольников»_М: ТЦ «Сфера» 2001 – 192 с.;

3.      http://pechatnick.com/articles/osnovnie-svoistva-bymagi;

4.      https://ru.wikipedia.org/;

5.      http://sbo-paper.ru/publications/massmediapaper/officepaper_2009/;

6.      http://womanadvice.ru/opyty-s-vodoy-dlya-shkolnikov.

Таблица 1.

Время намокания разных видов бумаги

Таблица 2.

Сравнение разных видов бумаги при сгибании, разрывании и смятии