Физика. Дом имени чулпана
 Скачать 2.19 Mb.
|
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ Откроем в комнате флакончик духов и капнем их себе на руку. Через некоторое время запах духов почувствуют и другие. Если откроем чашку с сухим нафталином и поставим ее на стол, то все почувствуют запах нафталина. Чтобы мы почувствовали запах, молекулы нафталина или духов должны достичь наших ноздрей. Значит духи или сухой нафталин состоят из частиц, которые двигаются. Если в помещении холодно, мы затапливаем печь. Хотя дверца печи и закрыта, но помещение все равно нагревается. Каким образом тепло от печи распространяется в помещении В данном случае теплопередача тоже происходит за счет движения частиц воздуха. Если бы молекулы, из которых состоит вода, не двигались, то вода не текла бы в реках и арыках. Значит, мы удостоверились, что молекулы газа и воды двигаются. А двигаются ли частицы в твердых телах Чтобы узнать это, проведем следующий опыт (рис. 6). Возьмем шар, изготовленный из стали. Из проволоки сделаем кольцо, через которое стальной шар проходит свободно. Нагреем шар. После нагревания шар застрянет Рис. в кольце. За счет движения молекул нагретый шар расширяется. Возникает такой вопрос как двигаются частицы, из которых состоят вещества Движение молекул впервые наблюдал английский ботаник Роберт Броун. В 1827 году он рассматривал в микроскоп взвешенные вводе мелкие семена, споры плауна. Наблюдения показали, что эти споры совершают непрерывное движение. Движение не останавливалось ни днем, ни ночью, для молекул было безразлично – лето это или зима. Представим себе, что дети играют разноцветными воздушными шарами. Сможем ли мы сказать, где окажется красный шар через 2 секунды Конечно, нет, так как движение шаров случайное и беспорядочное. Точно также движение молекул является беспорядочным за счет взаимных столкновений. Непрерывное и беспорядочное движение молекул вошло в науку под названием броуновского движения. Если молекулы совершают непрерывное и беспорядочное движение, тогда почему твердые тела и жидкости не распадаются Между молекулами существуют силы притяжения. Эти силы удерживают молекулы друг около друга. Как далеко простираются эти силы Возьмем палочку и сломаем ее. Теперь, сколько бы мы не пытались восстановить целостность палки, мы не сможем, так как невозможно достаточно сблизить молекулы вместе поломки. Значит, силы взаимодействия молекул проявляются на очень маленьких расстояниях. Эти расстояния соизмеримы с расстояниями между молекулами. Тог- Движение и взаимодействие молекул. Броуновское движение Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества да почему прилипают друг к другу пластилин, тесто, жевательная резинка Потому что их молекулы можно сблизить на достаточно маленькое расстояние. Склеивание сломанного стекла объясняется тем, что пустоты между двумя частями заполняются клеем, молекулы сближаются на достаточное расстояние и начинают действовать молекулярные силы. Электрическая и газовая сварка металлов объясняется также действием молекулярных сил. Из стекла вырежьте десять прямоугольников. Размер одного пусть будет больше размера других. Протрите каждый мокрой матерчатой салфеткой и положите друг на друга. На самый верх положите самый большой прямоугольник. Возьмитесь за большой стеклянный прямоугольники поднимите. Остальные стекла тоже поднимутся. Объясните причину. Налейте воду в тарелку и ополосните ее. Поверхность тарелки станет мокрой. Возьмите кусок мыла, положите на тарелку и несколько раз сильно надавите. Если теперь поднять мыло, то и тарелка поднимется вместе с мылом. Объясните причину. Почему твердые тела не распадаются сами собой на отдельные молекулы. Какие явления показывают, что между молекулами существуют не только силы притяжения, но и силы отталкивания. Имеются ли силы взаимодействия между молекулами воздуха ТЕМА ДИФФУЗИЯ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ Мы уже знаем, что в газах, жидкостях и твердых телах молекулы совершают непрерывное и беспорядочное движение. Одно из явлений, которое подтверждает это, – явление диффузии на латыни diffuziya – означает распространение). Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие непрерывного и беспорядочного движения частиц вещества называется диффузией. В качестве примера диффузии можно привести распространение запаха духов в помещении, растворение сахара или соли в воде. Разольем немного духов, отметим время, отойдем от этого места на несколько метров и будем ждать. Запах духов почувствуем не сразу, а спустя некоторое время. Почему так происходит Потому что при испарении молекулы духов смешиваются с молекулами воздуха. Хотя скорость молекулы большая (несколько сот метров в секунду, на своем пути она претерпевает множество соударений и меняет направление своего движения. Чтобы наблюдать диффузию в жидкостях, проделаем следующий опыт. Возьмем стакан, насыпем в него одну чайную ложку сахара. Затем очень осторожно нальем воду. Через некоторое время увидим, что жидкость на дне стакана помутнела. Сахар растворился и получился сахарный сироп. Если сразу сделать глоток воды из стакана, то вода не будет такой сладкой, как через некоторое время. Почему меняется вкус воды Теперь проведем опыт с водой и марганцовокислым калием. Ив этом случае наблюдаем процесс диффузии цвет воды меняется, постепенно окрашивая воду со дна стакана вверх (рис. Наблюдается ли явление диффузии в твердых телах? Провели такой опыт. Взяли золотую и свинцовую пластины, гладко отшлифовали и положи- Диффузия в различных средах Рис. 7 Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества ли одну на другую. Сверху придавили грузом и оставили налет. После этого увидели, что золото и свинец взаимно проникли друг в друга на расстояние порядка мм. Египетские пирамиды сложены из отшлифованных камней. В местах стыковки вода не проникает внутрь, так как в течение тысячелетий камни соприкасались, и места стыковки за счет диффузии срослись между собой. Значит, диффузия происходит в газах быстро, в жидкостях – медленнее, а в твердых телах – очень медленно. Диффузия зависит от температуры. При возрастании температуры скорость диффузии воз- растает. Диффузия имеет большое значение в природе. Например, за счет диффузии вредные газы рассеиваются ввоз- духе. Выдыхаемый углекислый газ за счет диффузии не скапливается у ноздрей. Соление овощей тоже основано на явлении диффузии рис. 8). Объясните, почему. Налейте в стакан воды и осторожно опустите в нее кусок сахара. Не мешая попробуйте воду на вкус. Определите изменение вкуса у воды со временем. В пиалу налейте чай, возьмите чайную ложку сахара. Медленно опускайте ложку в чай и наблюдайте за растворением сахара. После определенного количества он перестанет растворяться. Подумайте, почему. В чем причина явления диффузии. Почему с повышением температуры диффузия протекает быстрее. Приведите примеры диффузии в газах, жидкостях и твердых телах. Знаете ли вы жидкости, которые не смешиваются? Рис. 8 ТЕМА МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ Зимой вода в прудах, озерах и речках замерзает. Летом – наоборот, пруды высыхают, потому что вода в них испаряется. В природе вода встречается в трех состояниях. Значит, пар, вода и лед состоят из молекул одного типа. Они отличаются только взаимным расположением молекул и движением. Пар состоит из отдельных молекул, которые совершают непрерывное и беспорядочное движение. По этой причине пар, поднимающийся над поверхностью воды, быстро смешивается с воздухом. Поэтому в воздухе постоянно присутствует водяной пар. В состав воздуха входят также кислород, углекислый газ и другие газы. Их молекулы тоже находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Если смотреть сбоку на луч света, падающий из окна, то можно увидеть частицы пыли, которые тоже совершают непрерывные и беспорядочные движения. Это происходит за счет того, что частицы пыли постоянно сталкиваются с молекулами воздуха. Возьмем воздушный шарик, слегка надуем его и завяжем. И если теперь мы сожмем шар руками, то увидим, что он уменьшился в объеме. Значит, газ можно сжимать. Возьмем два шарика, один из них надуем через трубочку и завяжем, а затем второй конец трубочки соединим со вторым шаром и закрепим шар. Теперь, если мы развяжем первый шар, то воздух через трубочку перейдет во второй шар (рис. 9). Значит, газ может свободно переходить из одного объема в другой. В какой бы сосуд мы ни поместили газон займет весь объем сосуда. Расстояние между молекулами газов в среднем в десять Молекулярное строение твердых тел, газов и жидкостей Рис. 9 Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества раз больше, чем размеры молекул. На таких расстояних сила взаимодействия между молекулами очень маленькая. Газ не имеет собственной формы и объема. Если жидкость налить в сосуд, она займет объем этого сосуда, но сохранит свой объем. Вы хорошо знаете, что прохладительные напитки продаются в сосудах объемом 1,5 л, 1 лил. Горючее для автомобилей тоже измеряется в литрах. В жидкостях молекулы располагаются близко, и поэтому они обладают заметной силой притяжения, но под собственной тяжестью растекаются и занимают объем сосуда. Сила протяжения молекул жидкости недостаточно велика для того, чтобы жидкость могла сохранять определенную форму. Несмотря на это сжимать жидкость очень трудно. Водном эксперименте, чтобы сжать воду, ее налили в свинцовый шар и запаяли крышку. Затем шар ударили тяжелым молотом, при этом вода не сжалась, но под воздействием воды, шар лопнули вода вытекла. Жидкость обладает собственным объемом, ноне обладает формой. Многие окружающие нас предметы состоят из твердых тел ручка, парта, машина, дома и т.д. Они все имеют собственную форму. Чтобы изменить их форму, надо приложить большие усилия. Молекулы атомы) в твердых телах располагаются ближе, чем в жидкостях. Кроме этого, они располагаются упорядоченно и совершают колебательные движения в местах расположения. Например, молекула пищевой соли имеет формулу NaCl, то есть состоит из атомов Na – натрия и Cl – хлора. Взаимное расположение атомов приведено на рис. 10. Если их соединить прямыми линиями, то будем иметь вид решетки. Рис. 10 Na Cl Изменение расположения атомов может изменить степень твердости тела. Например, грифель карандаша, которым вы пользуетесь, и алмаз-бриллиант состоят из атомов углерода (С. Но расположение атомов в них различно. Твердые тела сохраняют собственный объем и форму. Можно ли перевести твердые тела в газообразное состояние. Видели ли вы воздух в твердом состоянии Если не видели, может, слышали об этом. Жевательная резинка является твердым телом, но легко меняет форму. Как выдумаете, в чем причина этого явления. Приведите примеры использования свойств твердых тел, жидкостей и газов в быту. ТЕМА ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФФУЗИИ В ЖИДКОСТЯХ ВЫПОЛНЯЕТСЯ ДОМА) Необходимые принадлежности Два стакана, кристаллы марганцовокислого калия. Выполнение работы. Налейте в первый стакан воду и поместите стакан в холодильник, во второй стакан тоже налейте воду и поставьте его в теплое место. Не взбалтывая воду в стаканах, положите в них кристаллы марганцовокислого калия. Два раза вдень наблюдайте за изменением цвета воды в стаканах (насколько миллиметров поднялась верхняя кромка. По результатам наблюдений рассчитайте скорость диффузии по формуле , где h – высота жидкости, окрасившейся в красный цвет в результате диффузии t – время. Напишите свои выводы. Изучение явления диффузии в жидкостях Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ I 1. Внутри атома имеются пустоты и отдельные части, и атомы все находятся в движении. Кому принадлежат эти слова) Авиценна. B) Абу Райхан Беруни. C) Абу Бакр ар-Рази. D) Демокрит. 2. Сколько атомов содержит молекула углекислого газа – О) 2. B) 3. C) 4. D) 5. 3. Какова наименьшая часть вещества, сохраняющая его свойства? А) Объем 1 мм 3 В) Молекула. С) Атом. D) Любая малая часть. Почему молекулы жидкости в процессе движения не разбегаются вовсе стороны) Из-за атмосферного давления. В) Из-за сил взаимного притяжения. С) Из-за диффузии) Из-за причин, приведенных в пунктах A, B, C и D. 5. Как движутся молекулы (атомы) твердого тела) Совершают беспорядочное поступательное движение) Двигаются по окружности) Совершают колебательное движение) Они не участвуют в движении. Какая жидкость при переходе в твердое состояние получает новое название) Молоко. B) Вода. C) Масло. D) Спирт. Одинаково ли расстояние между молекулами жидкости и газа, находящимися при одинаковой температуре) Неодинаково. В жидкостях расстояние больше, чем в газах) Одинаково. Так как они находятся при одинаковой температуре) Неодинаково. В жидкостях расстояние меньше, чем в газах) Неодинаково, если молекулы жидкости и газа не являются молекулами одного вещества 27 8. В каком случае сахар быстрее растворяется в горячей или холодной воде) В горячей воде, так как скорость молекул воды большая) В холодной воде, так как молекулы воды оказывают меньшее сопротивление движению молекул сахара) В горячей воде, так как скорость движения молекул воды и сахара большая) В холодной воде, так как скорость движения молекул воды маленькая. Молекула какого вещества состоит из трех атомов. Вода. 2. Кислород. 3. Водород. 4. Углекислый газ) 1. B) 2. C) 3. D) 4. 10. В каком состоянии находится вещество, если при сжатии его объем уменьшается. Газ. 2. Жидкость. 3. Твердое тело) 1. B) 2. C) 3. D) 1 и 2. 11. Чем отличается молекула холодной воды от молекулы горячей воды) Массой. В) Размерами. С) Скоростью. D) Не отличаются. Сколько атомов кислорода содержится в молекуле углекислого газа? А) 1. В) 2. СВ составе молекулы нет атома кислорода. На каком явлении основана сварка металлов? А) Диффузия. В) Броуновское движение. С) Сила притяжения между молекулами) Молекулы состоят из атомов. Чему приблизительно равен диаметр молекулы воды? А) 0,0002 мм. В) 0,00002 мм. С) 0,000002 мм. D) 0,0000002 мм. Контрольные вопросы к главе I Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ БЕСЕДА В нижеприведенной таблице вы ознакомитесь с кратким содержанием тем, изложенных во введении и главе Физические тела Все встречающиеся в природе тела. Физические процессы Процессы, при которых частицы, из которых состоят вещества, остаются без изменения. Физические величины Параметры, позволяющие измерить тела или физические про- цессы. Международная система единиц (СИ) Введена в 1960 году. В ней основными приняты 7 единиц длина (метр, масса (килограмм, время (секунда, сила тока ампер, температура (кельвин), сила света (кандела, количество вещества (моль. Остальные физические величины получаются из основных. Например Дж = 1 H · м. Метр (м) Единица длины. Основная единица системы СИ. Численно равна пути, проходимому светом за 1/299792458 секунды. Эталон изготовлен из платино-иридиевого сплава. Хранится во Франции. Секунда (с) Основная единица системы СИ. Приблизительно равна 1/86400 части солнечных суток (1 сутки = 24 часа = 86400 с). Атом По-гречески – неделимый. Наименьшая частица, сохраняющая свойства химического элемента. В настоящее время известно естественных элементов, 17 из них получены в ла- бораториях. Молекула Наименьшая частица, сохраняющая свойства вещества. Молекулы в веществе состоят из одинаковых или неодинаковых атомов. Диффузия Взаимное проникновение одного вещества в другое. Это происходит в газах быстро, в жидкостях медленно, в твердых телах очень медленно. Убыстряется с повышением температуры. Броуновское движение Беспорядочное и непрекращающееся движение мельчайших частиц в газе или жидкости. Это движение возрастает с ростом температуры. Процесс был изучен в 1827 году английским ботаником Р. Броуном. Молекулярные силы Силы отталкивания и притяжения между молекулами. Проявляются на очень коротком расстоянии – механическое движение тел представление о равномерном и неравномерном движении физические величины и их измерение величины путь, время, масса, плотность и их определение на практике давление в газах и жидкостях законы Паскаля и Архимеда явления в движущихся жидкостях работа, энергия и мощность. II ГЛАВА МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ г Глава II. Механические явления ВВОДНАЯ БЕСЕДА В повседневной жизни нам встречается множество движущихся тел, машин и механизмов автомобили, вентиляторы, настенные и ручные механические часы и др. Если смотреть на движение автомобиля, то видно, что различные его части совершают различные движения. Если корпус автомобиля с грузом и с водителем двигается вперед или назад, то колеса и пропеллер для охлаждения двигателя совершают вращательное движение. Движение вперед, назад, вверх, вниз, направо и налево называют поступательным движением Так как маятник от стенных часов совершает повторяющиеся движения, то его движение называют колебательным движением. Таким образом, движение всех тел, окружающих нас, можно разделить натри вида. Поступательное движение. Вращательное движение. Колебательное движение. Не все тела могут находиться постоянно в движении. Например, подвешенный груз, опора в здании, веревка для белья и т.д. С первого взгляда кажется, что для них нет никакой закономерности. На самом деле, чтоб они оставались в состоянии равновесия, нужны определенные условия. Механическое движение тела также их состояние покоя вместе называются механическим явлением. Сможете ли вы на примере едущего велосипедиста показать части, совершающие) поступательное движение) вращательное движение) колебательное движение ТЕМА МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ТЕЛ. ТРАЕКТОРИЯ Вы, сидя в классе, слушаете урок физики, который ведет учитель. До этого, выйдя из дома, вы пришли в школу. Стол, за которым высидите, здание школы – все это стоит на месте. Из окна видно проходящих людей, автомобили. Глядя на них, выделаете вывод о том, что некоторые предметы находятся в движении, а некоторые – стоят. Делая такие выводы, на что мы обратили внимание Каждая вещь или предмет в данный момент находится в определенном месте. Например, парта за которой высидите, находится в трех метрах от двери. Учитель сидит в двух метрах от вас. Учитель, встав с места, подошел к доске. Теперь он от вас находится в 2,5 метра. Значит, положение учителя в классе изменилось стечением времени. Точно также изменение положения автомобилей стечением времени по отношению к вам приводит вас к мысли о том, что они движутся. Движение всех их будем называть механическим движением. Mеханическим движением называется изменение стечением времени положения тела относительно других тел. Под словами других тел мы понимаем деревья, здания, сиденья в вагонах поезда и др. Из-за того, что мы рассматриваем изменение положения тел со временем относительно выбранных нами тел, эти тела называются телами отсчета Тела отсчета относительно одних тел могут быть неподвижны, а относительно других – в движении. Например, если за тело отсчета взять поезд Ташкент – Самарканд, то пассажир относительно вагона поезда будет неподвижен. Носам вагон движется относительно земли. Поэтому при изучении движения обязательно нужно выбрать тело отсчета. При своем движении тела иногда оставляют след в пространстве. Этот след называетсятраекторией. Примерами этому могут быть следы, оставленные автомобилем, трактором в поле или самолетом, летящим в небе. В зависимости от траектории, движение может быть прямолинейным или криволинейным. Механическое движение тел. Траектория Глава II. Механические явления Рис. 11 Рис. Ось В колеса автомобиля относительно земли движется прямолинейно, а точка А на ободе колеса относительно оси В движется кри- волинейно (рис. 11). Траектория спортсмена, бегущего по стадиону, между точками 1 и 2 – криволинейная, а между точками 3 и 4 – прямолинейная (рис. Форма траектории относительно рассматриваемого тела отсчета может быть различной. Например, если движение Луны относительно Земли происходит по кругу, то относительно Солнца оно имеет сложную форму, так как Земля вместе с Луной вращаются вокруг Солнца. Точно также траектория движения кончика пропеллера, охлаждающего двигатель, относительно двигателя имеет форму круга, а относительно земли будет винтообразной. Не всегда удается изобразить движущееся тело на рисунке. Поэтому в случаях, когда длина траектории намного больше размеров тела, тело можно рассматривать как материальную точку Например, самолет, летящий из Ташкента в Бухару, можно рассматривать как материальную точку. Но поезд, проезжающий помосту, нельзя рассматривать как материальную точку. Слово материальный означает, что тело сохраняет массу, скорость и другие физические величины. Что называется механическим движением. Что вы понимаете под словами тела отсчета. В каком движении участвует кончик ручки, когда выпишете. Приведите примеры случая, когда движущееся тело можно рассматривать как материальную точку ТЕМА ПУТЬ, ПРОЙДЕННЫЙ ТЕЛОМ, И ВРЕМЯ, ЗАТРАЧЕННОЕ НА ЭТО. ЕДИНИЦЫ ПРОЙДЕННОГО ПУТИ И ВРЕМЕНИ Вы узнали, что стечением времени положение тела изменяется. Для определения этого изменения вводятся понятия путь расстояние и время. Путь (расстояние – это длина траектории движения тела. Для измерения расстояния используют единицу длины – метр. Для обозначения расстояния берут первые буквы s и l английских слов space – расстояние length – длина * Движение тела происходит в течение определенного времени. Понятие времени – очень сложное, поэтому ему невозможно дать простое определение. Ограничимся знакомыми понятиями. Например, автобус преодолел расстояние от Гулистана до Ташкента за 2 часа. Время обозначим буквой t от первой буквы английского слова time – время. Значит t = 2 часа. В зависимости от длины пройденный путь для удобства измеряется также в километрах (км, дециметрах дм, сантиметрах см и милимметрах (мм). Например, среднее расстояние от Земли до Солнца равно 150 000 000 км, среднее расстояние от Земли до Луны 384 000 км, радиус Земли 6400 км, расстояние от Ургенча до Нукуса 170 км, длина школьной беговой дорожки 100 м, длина пройденного улиткой пути 15 см и т.д. 1 км = 1000 мм дм 1 дм = 10 см 1 см = 10 мм В последующем физические величины будем обозначать первыми буквами английских слов. Путь, пройденный телом, и время, затраченное на это – Физика, 6 класс Глава II. Механические явления Время движения тел измеряется в секундах При необходимости время можно измерять в миллисекундах, минутах, часах, сутках и т.д. 1 сутки = 24 часа 1 час = 60 минут 1 минута = 60 секунд. Для сравнения времени движения тел и пройденного пути измеренные величины надо привести к одной сис- теме. Посчитайте, сколько шагов от дома до школы. При помощи линейки или измерительной ленты определите длину одного шага. Умножьте длину одного шага на количество шагов и определите расстояние в метрах. Приведите примеры, когда длину удобно измерять в мм и см. Какими еще измерительными приборами кроме линейки и измерительной ленты, вы пользовались в повседневной жизни, для измерения длины. Сколько часов водной неделе Размер самого маленького атома – 0,00000001 см Размер самого маленького ядра – 0,000000000001 см Расстояние от Земли до ближайшей звезды ≈ 10 000 000 000 000 000 км Расстояние от Солнца до Земли свет проходит приблизительно за 8 мин Время одного полного оборота Земли вокруг Солнца – 1 год Время одного полного оборота самого далекого небесного тела – Плутона вокруг Солнца – 246 лет (в земных годах Возраст Солнца и планет считается равным ≈ 4 700 000 000 лет. До принятия Международной системы единиц в различных странах существовали свои единицы измерения. Например, в Англии и Соединенных Штатах Америки для измерения длины использовали следующие единицы 1 дюйм = 2,54 см 1 фут = 12 дюймов = 30,48 см 1 милям морская милям. В России единицами длины служили 1 вершок = 4,445 см 1 верстам аршин = 71 см 1 миля = 7 верст = 7467,6 м 1 сажень = 3 аршинам. В Средней Азии 1 шаг ≈ 63–71 см 1 пядь ≈ 19–21 см 1 верстам пучок ≈ ≈ 9 см 1 палец ≈ 2,18–2,28 см 1 фарсанг ≈ 9000 шагов ≈ 6000 м. |