Сушинська І.Т.

 

 

 

 

 

 

ФІЗИКА

В ПОБУТІ

 

 

6 КЛАС

 

Посібник для дітей  зі складними вадами розвитку

(зір, інтелект)

 

 

Рекомендовано Всеукраїнською громадською організацією

 «Асоціація тифлопедагогів України»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2010

 

 

Рекомендовано Всеукраїнською громадською організацією 

«Асоціація тифлопедагогів України» 

(протокол засідання методичної комісії №1 від 8.09.2010 року).

 

 

 

 

 

 

 

Даний посібник полегшує процес викладання фізики в побуті на початковому етапі, а також полегшує процес засвоєння основних понять, законів і явищ дітьми.

Навчальний матеріал викладений в даному посібнику з врахуванням потреб та можливостей дітей зі складними вадами зору і психіки.

Цей посібник може бути корисний для вчителів, які викладають даний предмет при підготовці до уроків: написанні конспектів, розробці роздаткового матеріалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сушинська І.Т.

        Фізика в побуті. 6 клас. Методичний посібник для дітей зі складними вадами розвитку. 2010. – 49 с.

 

 

Розділ 1

Вступ Початкові відомості про речовину

 

 

 

§1.  Фізика – наука про природу

 

 

Повітря, вода, земля, люди, рослини, тварини, Сонце, планети, Всесвіт – увесь матеріальний світ, який оточує нас, називається природою.

Природа перебуває у безперервному русі або зміні – рухаються планети, зорі, річки змінюють русла, рослини і тварини ростуть і розвиваються.

Вивчаючи зміни в природі, вчені зауважили, що існують причини цих змін. Наприклад, причиною падіння на Землю різних предметів є притягання їх до Землі; зміна дня і ночі пояснюється рухом Землі навколо своєї осі.

Мета наук про природу – відкрити, вивчити причини змін, які відбуваються у природі і використати їх для потреб людини.

Фізика – одна з наук про природу.

Слово «фізика» походить з грецької мови і в перекладі означає «природа».  

Фізика – одна з найдавніших наук. Першими фізиками були грецькі вчені, які жили за кілька століть до початку нашої ери. Найвидатнішими вченими давнини були Архімед та Аристотель. Ці вчені вперше зробили спробу пояснити спостережувані ними явища природи. Все, що відкрито й вивчено у фізиці, - це результат наполегливої праці багатьох учених різних країн і народів. 

Попробуємо розглянути, що і як

_{Архімед}         вивчає    фізика,      бо     застосування фізичних знань на практиці спонукає

вчених до створення різних технічних пристроїв, машин. А це в свою чергу полегшує і покращує нам життя. 

У фізиці вивчають різні явища: механічні, теплові, електричні, світлові, звукові.  Усі ці явища

називаються фізичними.           ^{Аристотель} Деякі з цих явищ подані в таблиці.

 

МЕХАНІЧНІ	ТЕПЛОВІ	СВІТЛОВІ	ЗВУКОВІ	ЕЛЕКТРИЧНІ
Падіння каменя	Танення льоду	Сонячний зайчик	Грім	Блискавка
Їзда        поїзда	Кипіння води	Зорі,    сонце	Спів  птаха	Батарейка
Рух годинникової стрілки	Утворення роси	Веселка	Музика	Притягання    волосся до гребінця

 

Багато знань люди зробили саме завдяки власним спостереженням. Але, крім того, проводяться спеціальні досліди. Наукові досліди завжди проводять з певною метою. Наприклад, італійський вчений Галілей, щоб вивчити, як падають тіла, кидав їх з похилої башти, вимірював і порівнював час їхнього падіння. Провівши такі досліди, він відкрив закони падіння тіл.

Щоб добути наукові знання, треба обдумати і пояснити результати спостережень і дослідів. 

 

 

Мал. 1  

                                              

Для виконання дослідів потрібні різні фізичні прилади. Одні прилади можуть бути дуже прості. До них належать, наприклад, лінійка (мал.1), мензурка, яку використовують для вимірювання об’єму  рідини (мал.2),  тягарець, підвішений на нитці, може бути виском (мал.3). 

Є і складніші вимірювальні прилади: термометр, годинник, амперметр (мал. 4).

               Мал. 2                  

               Мал. 3              

Фізичні процеси, які відбуваються з певними тілами чи під час проходження певних явищ, мають бути виражені кількісно. Кількісні міри у фізиці називають фізичними величинами. Багато з них вам вже відомі. Наприклад, тривалість певної події визначає час, ступінь нагрітості тіл визначає температура.

Щоб вимірювати фізичну величину, треба встановити одиницю, з якою її треба порівнювати, тобто одиницю вимірювання кожної величини.                         

Крім того застосовують скорочений запис для її позначення. У табличці наведено найбільш поширені фізичні величини, їх позначення та одиниці вимірювання.

 

Назва одиниці	Позначення	Одиниці виміру
час	t	секунда (с)
довжина	l	метр (м)
площа	S	квадратний  метр (м2)
об’єм	V	кубічний  метр (м3)
швидкість	υ	метр за секунду (м/с)
температура	Τ	градус (оС)
маса	m	кілограм (кг)

 

Значення фізичної величини можна виміряти за допомогою вимірювального приладу або за формулою, яка вказує на залежність між шуканою величиною та іншими відомими величинами.  

1.   Що вивчає фізика? 

2.   Назвіть декілька фізичних явищ. 

3.   За допомогою чого можна визначити об’єм води, який міститься у склянці? 

4.   За допомогою чого вчені здобувають знання і роблять висновки про явища природи?

 

 

 

"1. Виміряти з допомогою лінійки  розміри цеглинок (у міліметрах).
2.          Визначити площу кімнати, якщо її довжина 5 м, а ширина 3 м. 3.          Визначити об’єм вантажного вагона, якщо його довжина 13 м, ширина 3 м, висота 3 м.

§2.  Фізичне тіло, речовина, матерія

 

У фізиці, крім звичайних слів, використовують спеціальні слова, або терміни, які означають фізичні поняття. Деякі з таких слів, наприклад, «електрика», «енергія», «космос», поступово ввійшли в розмовну мову. 

А деякі слова з розмовної мови використовуються  у фізиці.  Так,  у повсякденному житті  словом  «тіло» називають  тіло людини або тварини.  У фізиці  фізичним  тілом називають  не тільки  ці  тіла,  а й  будинок, автомобіль, Місяць, яблуко, тобто будь-який предмет,  які зображені на малюнку 5.   

Та як   відомо,   різні  тіла  виготовлені з різних матеріалів.   Наприклад, м’яч   може   бути  гумовим, а от стілець – дерев’яний. 

Тому  те, з  чого  складається  фізичне тіло, називають речовиною. Вода – речовина, капля води – фізичне тіло (мал. 6). Прикладами речовини є залізо, вода, пісок, кисень, нафта та ін..

 

 

Мал. 6

 

Речовина – це один з видів матерії. А словом матерія в науці називають усе, що існує об’єктивно, тобто не залежить від нашої свідомості і знань про неї.

 

1.   Що у фізиці розуміють під словами «фізичне тіло»?  2.   Що називають речовиною?  3.   Наведіть приклади фізичних тіл і речовин.

Практична робота № 1

Визначення розмірів малих тіл Мета: ознайомитися із методом рядів.

 

Прилади і матеріали: лінійка, голка, горох, гречка, пшоно.

 

Вказівки  до роботи.

1.    Покладіть впритул до лінійки в ряд 10-15 горошин. Щоб зручніше було укладати і рахувати крупинки, скористайтеся голкою. Виміряйте довжину ряду і обчисліть діаметр однієї горошини, поділивши величину довжини ряду в міліметрах на кількість горошин:

 

DLn .

2.    Визначте так само розмір гречки і пшона.

 

Спосіб, яким ви визначили розміри малих тіл, називають методом рядів.

 

Дані всіх дослідів і здобутих результатів занесіть у таблицю: 

№ досліду	Число частинок у ряді n	Довжина ряду у (мм) L	Розмір однієї крупинки D
Горох
Гречка
Пшоно

 

 

Зразок виконання роботи.

 

 

 

§3.  Три стани речовини

Як згадувалось в одному з попередніх параграфів, все, що існує реально є матерією. А речовина являє собою одним із видів матерії. За різних фізичних умов одна й та сама речовина може перебувати в трьох різних станах – твердому, рідкому і газоподібному. Відповідно в природі існують тверді тіла, рідини і гази. Наприклад, книжка, стіл, ручка, будинок є твердими тілами. Вода, молоко, сік олія, нафта, ртуть за звичайних умов є рідинами. А от повітря, кисень, вуглекислий газ, природній газ (метан) є  газами.

Ми практично безпомилково розрізняємо тверді, рідкі і газоподібні тіла за їхніми певними ознаками та властивостями. Наприклад, легко розрізняємо воду від льоду, хоча за хімічними властивостями це одна і та сама речовина. 

Розглянемо властивості речовин в кожному стані зокрема.

Тверде тіло в звичайних умовах важко стиснути або розтягнути – воно зберігає свій об'єм. Щоб змінити форму твердого тіла, наприклад зігнути його або розірвати, треба прикласти зусилля.

Збереження форми і об'єму — властивість твердих тіл.

Рідина легко змінює свою форму, вона набирає форми тієї посудини, в яку її наливають. У звичайних умовах тільки маленькі краплі рідини мають свою форму – форму кульки.        

Наприклад такі кулясті крапельки води можна побачити під час випадання роси (мал.7). Властивістю рідини легко змінювати свою форму користуються, коли виготовляють посуд з розплавленого скла.

Форму рідини змінити легко, а об’єм – важко. Зберігся опис одного історичного

досліду, в якому воду пробували стиснути                           Мал. 7

таким способом: її налили в свинцеву кулю, яку потім запаяли, щоб вода не могла виливатися при стисканні. Після цього по свинцевій кулі вдарили важким молотом, щоб вона сплющилась і стиснула воду. І що ж? Вода не стиснулась, вона просочилася крізь стінки кулі.

Отже, рідини зберігають об'єм, але легко змінюють свою форму.

Багато газів прозорі й безбарвні, тому ми їх не бачимо. Ми не бачимо, наприклад, повітря. Але під час швидкого руху, перебуваючи в автомобілі, поїзді, а також коли дме вітер, відчуваємо повітря навколо нас.

Зануримо у воду перевернуту догори дном склянку – вода не ввійде в неї, бо там є повітря. Якщо опускати у воду лійку,  сполучену гумовим шлангом із скляною трубкою, то повітря виходитиме з лійки через трубку.

Обидва ці досліди показують, що газ займає певний об'єм. Об'єм газу досить легко змінити — у цьому   істотна відмінність між рідиною і газом. Газ можна дуже стиснути. Навіть руками легко стиснути повітря в м'ячі так, що об'єм його помітно зменшиться. Гази стискаються в тисячі разів більше,   ніж   рідини. Для газів характерна ще одна властивість, якої не мають тверді тіла й рідини: вони заповнюють увесь, наданий їм, об'єм. Гази не мають власної форми, вони набирають форми того приміщення або посудини, в якій містяться: кімнати, балона, бутля.

Отже, гази не мають сталого об’єму і власної форми – заповнюють цілком весь наданий їм простір.

Але чому одна і та сама речовина може бути такою різною? Завдяки чому вона може знаходитись в різних станах? 

Це легко пояснити, якщо проникнути в середину самої речовини, тобто розглянути її внутрішню будову. Виявляється всі речовини складаються з дуже дрібненьких частинок. Вони отримали назву молекули.

Молекули різних речовин відрізняються одна від одної розмірами і будовою, але молекули однієї речовини є одинакові, навіть, якщо речовина перебуває в різних станах. Чому ж властивості, наприклад, води і льоду, такі різні? Це зумовлено взаємним розташуванням та взаємодією молекул в даному стані. Розглядаючи наступні теми, ви більше познайомитеся з властивостями речовин у різних станах та причини, які пов’язані саме з внутрішньою будовою речовин.

 

1.   В яких станах може перебувати речовина? 2.   Назвіть речовину, яку можна побачити у трьох станах: твердому, рідкому й газоподібному?  3.   Які рідини ви знаєте? Перелічіть деякі з них.  4.   Наведіть приклади використання твердих тіл і рідин у техніці. 5.   Як називаються найдрібніші частинки, з яких складаються речовини?

 

 

 

 

§4. Маса тіла та її вимірювання 

 

Швидкості, з якими тіла, що були спочатку в спокої, рухатимуться після взаємодії, можуть або значною мірою відрізнятися одна одної (швидкості кулі й рушниці), або бути майже однаковими (швидкості людини і невеликого човна). Чим це можна пояснити? Подивимось, як взаємодіють різні візки  (мал. 8).  Після   перепалювання нитки роз'їдуться з різними швидкостями та на різну відстань. Це відбувається тому, що візки Мал. ⁸ мають різні маси.  

Поняття маси розкриватиметься в міру дальшого вивчення фізики. А поки що треба пам'ятати, що кожне тіло — людина, стіл, Земля, крапля води — має масу і що порівнювати маси тіл можна за швидкостями, яких вони набувають внаслідок взаємодії. 

За одиницю маси взято кілограм — 1 кг.

Кілограм — це маса еталона (старанно виготовленого зразка). Еталон вилито із сплаву двох металів: платини та іридію. Міжнародний еталон кілограма зберігається у Франції в м. Севрі, поблизу Парижа. З еталона маси з великою точністю виготовлено копії для інших країн..

На практиці використовують також одиниці маси, більші або менші від кілограма, тонна (т), грам (г), центнер (ц).

Визначати масу тіла через взаємодію його з іншими тілами не завжди зручно. Тому існує простіший спосіб – за допомогою терезів.

Навчальні терези (мал. 9) складаються із стержня, який може повертатися навколо точки, розміщеної посередині стержня. До кінців стержня підвішено шальки терезів.

Якщо шальки терезів, на яких будуть розташовані тіла, знаходяться в рівновазі – це означає, що маси тіл – рівні.

На цьому   й  ґрунтується   визначення маси тіла   за допомогою 

Мал. 9 терезів. На одну шальку терезів кладуть тіло, масу якого треба визначити, а на

другу – гирі, маси яких відомі і позначені на них. Гирі добирають так, щоб установилась рівновага. Визначають загальну масу гир, які зрівноважують тіло. Маса тіла дорівнює масі цих гир.

Для зважування використовують спеціальний набір гир різної маси.

На малюнку 10 зображено такий набір до навчальних терезів. У ньому є 9 гир масами 100, 50, 20, 10, 5, 2, 2 і 1 г. За їх допомогою можна підібрати будь-яку  масу   від   1   до 210 г.

Гирі, маса яких менша від грама,   виготовляють   у вигляді пластинок          з алюмінію масою 500, 200, Мал. ¹⁰     200, 100, 50, 20, 20 і 10 мг.

За допомогою спеціальних терезів можна визначати й великі маси, наприклад, масу  автомобіля будь-якої марки  і  такі  маленькі маси, як  маса   комара, що дорівнює 1 мг.

 

1.   Опишіть дослід на взаємодію двох різних візків.

2.   Який з візків має більшу масу? 

3.   Що взято за одиницю маси? 

4.   Якими способами можна визначати масу тіла?

5.   Яка умова рівноваги терезів?

6.   Чим користуються при зважуванні тіла на терезах?

                                   

 

Практична робота № 2

 

Визначення маси тіла на важільних терезах

 

Прилади і матеріали: терези, важки, кілька тіл різної маси. Вказівки  до роботи.

1.    Зрівноважити шальки терезів.

2.    Ознайомитися з комплектом важків.

3.    Покласти на ліву шальку тіло, масу якого треба виміряти.

4.    Зрівноважити терези, поклавши на другу шальку належні важки з комплекту.

5.    Записати результати зважування в таблицю.

 

 

№ досліду	Назва тіла	Маса тіла, в грамах
1
2
3

 

 

Практична робота № 3

Визначення об’єму тіла з допомогою мензурки

Прилади і матеріали: мензурка з водою, тіла неправильної форми невеликого об’єму, нитки.

 

Вказівки  до роботи.

 

1.    Визначити ціну поділки мензурки.

2.    Визначити об’єм води в мензурці.

3.    Опустити тіло на нитці у воду та визначити загальний об’єм води та тіла

(мал. 11).     

       

Мал. 11                                                                  

4.    Визначити об’єм тіла, віднявши об’єм води від загального об’єму води і тіла: V=V₂ – V₁.

5.    Повторити досліди з іншими тілами.

6.    Результати вимірювань записати в таблицю.

 

 

№ досліду	Назва тіла	Початковий об’єм води V1, (мл)	Об’єм води і тіла V2, (мл)	Об’єм тіла V=V2 – V1 V, (мл)
1
2
3

 

§5.  Густина речовини

 

Тіла, виготовлені з різних речовин, при однаковій        масі займають різні об’єми. Прикладом цього можуть служити два бруска, виготовлені з олова і свинцю. Як видно на мал.12 терези перебувають у рівновазі, хоча менший брусок виготовлений зі свинцю, а більший –       з        міді. Якщо ж       взяти         тіла виготовлені з різних речовин однакового об’єму, то їхні маси будуть різними.

Речовини відрізняються одна від одної Мал. 12 своїми густинами.

Густина показує, чому дорівнює маса 1 м³ (одного метра кубічного) речовини.

Щоб визначити густину речовини, треба масу тіла поділити на його об’єм:

 

густина = маса : об’єм .

 

Позначають густину грецькою літерою - ρ (ро), масу – m, об’єм – V. Тоді правило для обчислення густини можна записати у вигляді формули:  ρ = m : V _. Одиницею вимірювання густини є ^1кг₃ .  м

У таблиці наведено приклади густин деяких речовин.

 

ГУСТИНИ РЕЧОВИН

 

Тверде тіло	ρ,  кг/м³	Рідина	ρ,  кг/м³	Газ	ρ, кг/м³
Алмаз	3500	Бензин	710	Азот	1,25
Вольфрам	19100	Вода	1000	Водень	0,09
Граніт	2800	Мед	1350	Гелій	0,19
Залізо, сталь	7800	Молоко	1030	Кисень	1,43
Золото	19300	Нафта	800	Метан	0,71
Олово	7300	Олія	930	Озон	2,14
Мідь	8900	Ртуть	13600	Повітря	1,29
Свинець	11340	Спирт	800	Хлор	3,21

 

Таблиця густин дає змогу визначити речовину, з якої тіло виготовлено без проведення хімічного аналізу. Достатньо виміряти масу та об’єм тіла і обчислити густину.

 

Задача. З якої речовини виготовлено колону об’ємом 2 м³, якщо її маса 5600 кг.

Дано: Розв’язання: V = 2 м³                 ρ = m : V  m = 5600 кг          ρ =  5600 : 2 = 2800 ^кг₃ .  м           ρ - ?             

Це значення густини стоїть в таблиці навпроти граніту.

 

Відповідь: колона виготовлена з граніту.

 

 

1.   Чи всі тіла однакової маси мають однаковий об’єм? 2.   Чи всі тіла однакового об’єму мають однакову масу?  3.   Що таке густина речовини?  4.   Назвіть одиниці густини. 5.   Користуючись     чим, можна       вияснити          густину      певної речовини?

 

 

    " 1. Користуючись таблицями, визначте густини таких речовин: молоко, мідь, кисень, олово.            2. Яка маса 3 м³ нафти?

3. Який об’єм займає залізна плита масою 39 000 кг?

 

 

 

 

 

 

Практична робота № 4

 

Визначення густини твердого тіла

 

Прилади і матеріали: мензурка з водою, важільні терези, набір важків, тіло неправильної форми. Вказівки  до роботи.

1.          Вимірюю масу тіла на терезах.

2.          Визначаю об’єм тіла за допомогою мензурки: V=V₂ – V₁.

3.          Обчислюю густину тіла за формулою: ρ = m : V. Визначаю речовину.

4.          Результати заношу в таблицю:

 

Маса m, (г)	Об’єм V, (см3)	Густина речовини   ρ   (г/см3)	Назва  речовини

 

            V=V₂ – V₁=              ρ = m : V =

 

 

 

Головне в розділі  1

 

1.   Одним із видів матерії є речовина, яка може перебувати в трьох агрегатних станах – твердому, рідкому і газоподібному. Відповідно усі тіла, що існують довкола нас, поділяють на тверді тіла, рідини і гази. 2.   У Природі існують найдрібніші частинки хімічних елементів — атоми, з яких складаються всі речовини. Атоми можуть об'єднуватися в молекули. Атоми і молекули весь час перебувають у постійному безперервному русі.

3. Фізичну величину, яка описує інертні властивості тіла, називають масою. Масу вимірюють за допомогою терезів.

Одиницею маси є кілограм.

4.   Густина показує, чому дорівнює маса одного метра кубічного речовини. Щоб визначити густину речовини, треба масу тіла поділити на його об’єм. Одиницею вимірювання густини є 1 кілограм на кубічний метр.   5.   Тверді тіла мають здатність упродовж тривалого часу зберігати надану їм форму та об’єм.  6.   Рідини  не мають власної форми, вони  текучі і тому приймають форму посудини, яку заповнюють. Зате вони зберігають даний об’єм. 7.   Гази не зберігають ні форми, ні об’єму, а займають весь наданий їм простір.

 

Розділ 2

Властивості твердих тіл

 

§6. Зміна форми і об’єму твердих тіл  під дією сили 

 

Копаючи м’яча (мал. 13), його приводять у рух. У цьому випадку швидкість м’яча  змінюється під дією ноги людини. Ложка, що лежить на корку,  опущеному у воду, притягаючись магнітом, починає рухатися (мал.

14). У цьому разі магніт є тим тілом, яке змінює швидкість ложки  й корка.

 

                           Мал. 13                                                     Мал. 14

 

У наведених прикладах тіло під дією іншого тіла приходить у рух, зупиняється або змінює напрям свого руху. Інакше кажучи, в усіх цих прикладах швидкість тіла змінюється під дією на нього інших тіл.

У фізиці часто не зазначають, яке тіло і як діє на дане тіло, а говорять, що на тіло діє сила або до тіла прикладена сила.

Сила — причина зміни швидкості руху.

Під дією сили може змінитися швидкість не тільки всього тіла в цілому, а й окремих його частин. Це відбувається, наприклад, від удару по гумовому м'ячу ракеткою. Внаслідок неоднакового переміщення окремих частин м'яч стискається, деформується (змінює свою форму) (мал. 15). Деформація дошки, на якій знаходиться певне тіло (мал. 16), виникає тому, що середина дошки переміщається на більшу відстань, ніж її краї.

Мал. 15                                                     Мал. 16

 

Деформація твердого тіла – зміна його форми або об'єму під дією деякої зовнішньої сили. Розтягніть гумовий шнур за кінці. Очевидно, ділянки     шнура       змістяться          один          щодо         одного;     шнур виявиться деформованим – стане довшим і тоншим. Деформація виникає завжди, коли різні частини тіла під дією сил переміщаються неоднаково.

Розрізняють деформацію розтягування та стиснення. Якщо до одного стрижня, закріпленого одним кінцем, прикласти силу  уздовж осі стрижня в напрямі від цього кінця (мал. 17а), то стрижень піддасться деформації розтягування. Деформацію розтягування характеризують абсолютним подовженням:

  l = l - l₀

Деформацію розтягування випробовують троси, канати,      ланцюги   в підйомних пристроях, стягування між вагонами і т.д.

Якщо на той же стрижень подіяти силою, направленої до закріпленого кінця (мал.17б), то стрижень піддасться деформації стиснення.                                                             

При     розтягуванні     або   стисненні змінюється об’єм тіла. У випадку згину

(мал.16) не змінюється об’єм, але міняється Мал. 17 форма тіла.   

                                   

                                     

1.   Що є причиною зміни швидкості тіла? 2.   Що таке деформація?  3.   Які види деформації ви знаєте?  4.   Які зміни відбуваються з тілом внаслідок деформації? 5.   Назвіть приклади, коли тіло зазнає деформації.

§7. Пружність, пластичність, крихкість

 

Пружність. Тіло з будь-якого матеріалу при малих деформаціях поводиться, як пружне. Його розміри і форма відновлюються при знятті навантаження (мал.18). В той же час всі тіла в тій чи іншій мірі можуть випробовувати пластичні деформації.

                         

Мал. 18

 

Механічні властивості матеріалів різноманітні. Такі матеріали, як гума або сталь мають пружні властивості при порівняно великих напругах і деформаціях. Тому такі матеріали називають пружними.

 

Пластичність. Деформації, які не зникають після припинення дії зовнішніх сил, називаються пластичними. У мокрої глини, пластиліну або свинцю область пружних деформацій мала. Матеріали, у яких незначні навантаження викликають пластичні деформації, називають пластичними.

Розподіл матеріалів на пружні і пластичні значною мірою умовний. Залежно від виникаючих навантажень один і той же матеріал поводитиметься або як пружний, або як пластичний. Так, при дуже великих навантаженнях сталь має пластичні властивості. Це широко використовують при штампуванні сталевих виробів за допомогою пресу, що створює величезне навантаження.

Холодна сталь або залізо насилу піддаються куванню молотом. Але після сильного нагріву їм легко надати завдяки куванню будь-яку форму. Свинець пластичний і при кімнатній температурі, але набуває яскраво виражені пружні властивості, якщо його охолодити до температури нижче – 100 ⁰C.

Крихкість. Велике значення на практиці має властивість твердих тіл, зване крихкістю. Матеріал називають крихким, якщо він руйнується при невеликих деформаціях. Вироби з скла і фарфору крихкі, оскільки вони розбиваються на шматки при падінні на підлогу навіть з невеликої висоти. Чавун, мармур, бурштин також володіють підвищеною крихкістю, і, навпаки, сталь, мідь, свинець не є крихкими.

Пластичні властивості у крихких матеріалів практично не виявляються.

Дані більш менш точні визначення пружності, пластичності і крихкості матеріалів. Ми тепер кращі уявляємо, що позначають ці слова, що нерідко зустрічаються в повсякденному житті.

 

1.   Що таке пружна деформація? 2.   Які матеріали мають пружні властивості?  3.   Що таке пластична деформація?  4.   Які матеріали мають пластичні властивості? 5.   Що таке крихкість? 6.   Які матеріали є крихкими?

           

 

 

 

§8. Тепловий стан тіл та їх температура

 

Упродовж життя ми часто спостерігаємо явища і процеси, що пов'язані з обміном теплоти. Наприклад, передавання теплоти від більш нагрітих тіл менш нагрітим, нагрівання тіл під дією сонячного проміння а6о внаслідок тертя, отримання теплоти внаслідок згоряння палива тощо. Для визначення теплового стану тіла або, як ми кажемо, його температури, людина спочатку послуговувалася своїми відчуттями.

Щоб охарактеризувати ступінь нагрітості тіл, ми вживаємо такі слова, як «холодне», «тепле», «гаряче». Ми кажемо, наприклад, гарячий пісок, холодний лід, тепла вода тощо.

Проте за відчуттями тепловий стан тіл можна оцінювати лише приблизно і у досить обмеженому інтервалі температур. Адже ми не можемо на дотик визначити температуру розжареного металу або надто низьку температуру. Крім того, така оцінка температури буде відносною і не завжди однозначною, оскільки вона залежатиме від приймання її людиною. На підтвердження цього виконаємо дослід.

Зануримо одну руку в гарячу воду, іншу – в холодну і залишимо їх там протягом 1-2 хв. Після цього зануримо обидві руки в посудину з водою кімнатної температури і спробуємо за своїм відчуттям установити, яка температура воли у цій посудині – холодна чи гаряча? На диво, ми матимемо різні відчуття: рука, яка була в теплій воді, відчуватиме холод, і навпаки, рука, яка перебувала в холодній воді, відчуватиме тепло. Але ж насправді температура води однакова.

Отже, ми пересвідчилися, що за власним відчуттям людина не завжди може однозначно визначити тепловий стан тіла. Для цього їй треба знайти кількісну міру ступеня нагрітості тіла, тобто знайти спосіб об'єктивно визначати, яке з тіл і на скільки тепліше чи холодніше за інше? Щоб можна було це зробити, треба встановити відповідну процедуру вимірювання, тобто встановити спосіб вимірювання температури тіла.

Для вимірювання температури тіл застосовують спеціально призначені вимірювальні прилади, що називаються термометрами.

З'ясуємо, як відбуваються теплові процеси,  пов'язані зі зміною температури.

З життєвого досвіду нам відомо, що у природі плин теплових процесів відбувається за певними законами. Так, було помічено, що, по-перше, більш нагріті тіла завжди віддають тепло менш нагрітим, по-друге, температури тіл, які перебувають у певному обмеженому просторі, з часом вирівнюються і стають однаковими.

Справді, що станеться з праскою, якщо її вимкнути з електромережі? Через певний час вона охолоне, а температура в кімнаті дещо підвищиться. Що буде з окропом після того, як чайник зняти з плити? Його температура і температура води поступово зрівняються з кімнатною. Якою стане температура молоко, якщо його поставити у холодильник? Воно охолоне до такої температури, як усередині холодильника.

Отже, з узагальнення власного досвіду та численних дослідних фактів ми можемо прийти до висновку: більш нагріті тіла віддають тепло, остигаючи при цьому, а менш нагріті тіла отримують його і нагріваються. У тіл з однаковими температурами теплообмін не відбувається – вони перебувають у стані теплової рівноваги.

Як зазначалося, для вимірювання температури використовують термометри. Розглянемо будову найпростішого рідинного термометра та принцип його роботи. 

           В основу дії рідинних термометрів покладена залежність об’єму рідини від температури.

       Рідинний термометр (мал. 19) складається з маленької колбочкирезервуара з рідиною (спиртом, ртуттю, пентаном), тонкої трубки  і шкали.

        Колбочка контактує з тілом, температуру якого вимірюють. З часом між ними встановлюється теплова рівновага і їхні температури вирівнюються.               

 Рідина  в колбочці внаслідок зміни власної температури змінює свій об’єм – розширюється або стискається.   Оскільки   ця зміна  незначна, 

щоб  її можна було помітити, до колбочки приєднано тоненьку трубку. Це дає можливість візуально спостерігати за зміною об’єму рідини, тому що діаметр трубочки надзвичайно малий.    

Щоб кількісно визначити температуру тіла,

Мал. 19 недостатньо лише зафіксувати зміну об’єму рідини в колбочці. Необхідно також надати їй числове

значення, тобто проградуювати шкалу приладу. Далі слід установити розмір одиниці температурної шкали – градус, тобто поділити інтервал температур між цими значеннями на цілком певне число, наприклад на 100, як це зробив А. Цельсій. Для побудови шкали він обрав температури плавлення льоду і кипіння води, які мають сталі значення за нормальних умов.

Одиницю температури за шкалою Цельсія називають градусом

Цельсія (позначається ⁰С).       

 

                              

 

1.   Наведіть приклади нагрівання чи охолодження тіл. 2.   Що таке температура?  3.   За допомогою чого вимірюють температуру?  4.   З чого складається термометр? 5.   Як називають одиницю вимірювання температури?

 

 

 

" Яку максимальну температуру можна виміряти термометрами? Мінімальну? Яку температуру показує кожний з термометрів? (Мал. 20)

Мал.20

 

Практична робота № 5

Визначення температури тіла, води, повітря.

Прилади і матеріали: термометри різних видів, склянка з холодною водою,  калориметр з гарячою водою. Вказівки  до роботи.

1.    Ознайомитися з різними термометрами.

2.    Залишити кімнатний термометр на столі та визначити температуру повітря в кімнаті.

3.    Термометром для визначення температури людського тіла, визначити її кожному з учнів. Порівняти покази.

4.    Термометром для визначення температури рідин, визначити температуру холодної води в склянці.

5.    Аналогічно визначити температуру гарячої води, що є в калориметрі (при температурі вищій за 50⁰С, дослід проводить вчитель, щоб уникнути опіків дітей).

6.    Записати результати вимірів в таблицю.

 

 

№ досліду	Об’єкт дослідження	Температура в 0С
1	повітря
2	людське тіло
3	холодна вода
4	гаряча вода

 

 

 

§9. Теплопровідність твердих тіл

 

Всі тіла, як відомо складаються з атомів або молекул. Вони безперервно рухаються і взаємодіють між собою. Саме швидкість руху молекул (атомів) безпосередньо пов’язана з температурою тіла – чим вища температура тіла, тим більша швидкість руху його молекул (атомів) і навпаки. З практики нам відомо, що тіла можуть міняти свою температуру. Наприклад, зануривши ложку в окріп, вона через деякий час буде гарячою; щоб зігріти руки взимку потрібно інтенсивно потерти долоні, і ми відчуємо тепло. Таким чином, ми побачили, що і в першому, і другому випадку тіла змінили температуру. Але цю зміну було досягнено двома різними способами. Розглянемо їх. Перший – теплообмін; другий – виконання роботи.  

 

Що ж являє собою теплообмін? Виявляється є три види теплообміну:

теплопровідність, конвекція, випромінювання (мал.21).

 

Мал. 21

Для початку розглянемо перший вид теплообміну – теплопровідність. Що це таке? Ми не раз спостерігали, як передається теплота від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих. Візьмемо залізний цвях та скляну паличку і будемо нагрівати один з їх кінців у полум’ї пальника. Через певний час ми пальцями відчуємо тепло цвяха. Скляну паличку ми триматимемо набагато довше і можемо і не відчути тепла на другому її кінці. Чому так відбулося? Частинки з яких складаються цвях і скло по різному взаємодіють між собою, тобто, у залізі тепло передається від одних частинок до інших дуже швидко, а от у склі ця передача відбувається дуже повільно. Тому і говорять, що різні тверді тіла з різною швидкістю можуть нагріватися і передавати тепло від одних його частин до інших.

Передавання тепла від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих, яке веде до вирівнювання температур без перенесення речовини, називається теплопровідністю.

А як передається тепло в середини речовини, наприклад, металевій дротині. Спочатку гаряче полум'я спричинює підсилення коливального руху частинок металу в одному кінці дротини і температура його підвищується. Потім це підсилення руху передається сусіднім частинкам і швидкість їх коливань також збільшується, тобто підвищується температура наступної частини дротини. Далі збільшується швидкість коливання наступних частинок і т. д. При цьому дуже важливо зазначити, що при теплопровідності сама речовина не переміщується від  одного кінця тіла до другого.

Різні речовини мають різну теплопровідність. 

Встановлено, що найбільшу теплопровідність мають метали, серед яких найкращими є мідь і срібло. Існують речовини, які погано проводять тепло. Це азбест, вазелін, полістирол, руберойд, вата тощо. Їх використовують для теплоізоляції, зокрема в будівництві для утеплення приміщень.

Та якщо тіло нагрівати, то по ньому не тільки передається тепло, але і його властивості змінюються. Наприклад, під час нагрівання тверді тіла змінюють свій об’єм або розміри (мал.22).

 

                                                                                                       Мал. 22                                      

 

Візьмемо залізний стержень завдовжки 1 м і нагріватимемо його у полум'ї спиртівки. З часом ми помітимо, що його довжина почне змінюватися: чим довше ми будемо його нагрівати, тим більше він буде видовжуватися.

Дослід підтверджує, що чим більше змінюється температура, тим більше змінюється  довжина стержня. 

Але слід зазначити, що нагрівання тіл не завжди веде до збільшення їхніх лінійних розмірів чи об’єму.

 

 

1.   Чим зумовлено підвищення температури тіла? 2.   Як можна змінити температуру тіла?  3.   Які види теплообміну ви знаєте?  4.   Що таке теплопровідність? 5.   Що        передається    тепло       чи     сама     речовина теплопровідності? 6.   Які речовини  мають добру теплопровідність? при

 

 

§10. Зміна властивостей твердих тіл  при нагріванні і охолодженні

 

Залежно від умов та сама речовина може перебувати   в твердому, рідкому й газоподібному станах. Наочним прикладом цього є лід, вода й водяна пара. Ці стани називаються агрегатними станами. Про них ми вже ознайомлювалися на попередніх уроках.

Перехід речовини з одного агрегатного стану в інший широке використовують на практиці. У металургії, наприклад, плавлять метали, щоб дістати з них сплави: чавун, сталь, бронзу, латунь тощо. Пару, добуту з води під час її нагрівання, використовують на електростанціях у парових турбінах і для багатьох інших технічних потреб. Зрідженими газами користуються в холодильних установках.

У широких масштабах агрегатні стани речовини змінюються в природі. З поверхні океанів, морів, озер і річок випаровуєте вода, а під час охолодження водяної пари утворюються хмари, роса, туман або сніг. У багатьох місцях Землі взимку замерзаючі річки й озера, а навесні сніг і лід тануть.

Щоб зрозуміти зазначені вище процеси і вміти керувати багатьма з них,  ми повинні знати,  коли, за яких умов речовина перебуває в тому чи іншому агрегатному стані, які властивості кожного з цих станів і що потрібно для перетворення речовини з одного стану в інший.

Ми вже знаємо, що молекули тієї самої речовини в твердому, рідкому й газоподібному станах ті самі, вони нічим не відрізняються одна від одної. Той або інший агрегатний стан речовини визначається розміщенням і характером взаємодії молекул.

Надаючи тілу енергії, можна перевести його з твердого стану в рідкий (наприклад, розплавити лід). Забираючи енергію газу, з рідини – тверде тіло.

Перехід речовини з твердого стану в рідкий називають плавленням.

Розглянемо процес плавлення на прикладі льоду.

Покладемо шматок     льоду         при температурі нижче нуля, а саме  –17⁰С, у вогнетривку посудину та      підведемо          до посудини теплове     джерело    сталої інтенсивності (мал. 23).

                                                                                                              Мал. 23

 

Щоб розплавити тіло, треба спочатку нагріти його до певної температури. У нашому випадку нагріємо до 0⁰С. Під час нагрівання до цієї температури ніяких змін з шматком льоду не відбувалося (мал.24). Але при подальшому нагріванні лід починає плавитися, причому температура залишається сталою (мал. 25).

 

                                         Мал. 24                                 

Температуру, при якій речовина плавиться, називають температурою плавлення речовини.

 

 

 

 

                                                                                                                                                    Мал. 25

Коли лід повністю розплавиться, температура знову зростає (мал. 26).

Одні кристалічні тіла плавляться при низькій температурі, інші – при високій.

                                       _{Мал. 26}                          Ртуть, наприклад, плавиться при -39°С,

                                                                                                  нафталін     –     при     +80°С.       Поставивши

пробірку з твердим нафталіном у киплячу   воду,   дістають   рідкий   нафталін.   Кусок  олова   або свинцю можна розплавити в стальній ложці, нагріваючи її на спиртівці. А чавун і сталь плавляться при дуже високій температурі – близько півтори тисячі градусів (мал. 27).

 

                                                                                                   

Мал. 27

Перехід речовини з рідкого стану в твердий  називають  твердненням, або кристалізацією.

Щоб  розплавлене тіло  почало  кристалізуватися,   його треба охолодити до  певної  температури.

Температуру, при якій речовина твердне (кристалізується), називають температурою тверднення, або кристалізації.

Дослід показує, що речовини тверднуть при тій самій температурі, при якій плавляться. Вода кристалізується (а лід плавиться), наприклад, при 0°С, а чисте залізо плавиться і  кристалізується при температурі 1539°С.

Якщо нагрівати яке-небудь кристалічне тіло, то можна помітити, що його температура підвищуватиметься тільки до моменту початку плавлення тіла; за весь час процесу плавлення температура тіла не змінюється. При цій температурі частина тіла перебуває в рідкому, а частина – в твердому стані.

З таблиці  видно, в яких широких межах лежать температури плавлення різних речовин.

 

Температура плавлення деяких речовин, ⁰С

 

 

 

 

 

 

 

Кисень - 219 Спирт          - 114 ртуть           - 39 Лід                 0 Калій             63

Олово 232 Свинець 327 Алюміній       660 Срібло            962 Золото           1064

Мідь          1085 Сталь     1300-1500 Залізо 1539 Платина      1772 Вольфрам    3387

 

 

 

1.   В яких агрегатних станах може перебувати та сама речовина? 2.   Який процес називається плавленням?  3.   Який процес називається твердненням?  4.   Як називають температуру при якій речовина плавиться і твердне? 5.   Який     з        металів, наведений        у       таблиці,      найбільш легкоплавкий? найбільш  тугоплавкий? 6.   Чи розплавиться свинець, якщо його кинути в олово?

 

 

 

 

 

Головне в розділі  2

 

1. Сила — причина зміни швидкості руху.

2. Під дією деякої зовнішньої сили тверде тіло може деформуватися, тобто змінювати свою форму або об’єм.

Тверді тіла можуть бути пружними, пластичними та

крихкими.  3.   Швидкість руху молекул (атомів) безпосередньо пов’язана з температурою тіла – чим вища температура тіла, тим більша швидкість руху його молекул (атомів) і навпаки. Температура показує ступінь нагрітості тіла. Вимірюють температуру за допомогою термометрів у градусах Цельсія. 4.   Змінювати температуру тіла можна через виконання роботи

або за рахунок теплопровідності.

5. Кристалічні тіла переходять у рідкий стан (плавляться), тобто

переходять з одного агрегатного стану в інший за певної

температури.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 3

Властивості рідин

 

§11. Випаровування та конденсація.  Кипіння

 

Ми знаємо, що температура  рідини, як і твердого чи газоподібного тіла, пов'язана з швидкістю руху молекул. Чим більша  середня швидкість руху молекул, тим вища температура рідини. Але окремі молекули рідини рухаються з швидкостями як більшими, так і меншими від середньої швидкості. Якщо якась досить «швидка» молекула виявиться біля поверхні рідини, то вона може подолати притягання сусідніх молекул і вилетіти з рідини. Молекули, що вилетіли з поверхні рідини,  утворюють над нею пару. Це явище переходу молекул з рідини в пару називають випаровуванням.

Швидкість випаровування залежить від кількох  причин.

Якщо аркуш паперу змочити в одному місці ефіром, а в іншому – водою, то помітимо, що ефір випариться значно швидше, ніж вода. Отже, швидкість випаровування залежить  від роду рідини. 

Деяка кількість молекул, які рухаються швидко, є в рідині при всіх температурах, тому випаровування відбуватиметься при будь-якій температурі. Це підтверджують спостереження. Наприклад, дощові калюжі випаровуються влітку в спеку, і восени, коли вже холодно. Але влітку вони висихають швидше. Це пояснюється тим, що чим вища температура рідини, тим більше молекул, які швидко рухаються й можуть подолати сили притягання навколишніх  молекул і вилетіти з поверхні рідини. Тому рідина випаровується тим швидше, чим вища її температура.

Одночасно з переходом молекул з рідини в пару відбувається і зворотний процес. Безладно рухаючись над поверхнею рідини, частина молекул, що залишили її, знову в неї повертаються. Такий перехід молекул з пари в рідину називають конденсацією.

У відкритій посудині кількість рідини внаслідок випаровування поступово зменшується, бо більшість молекул пари розсіюється в повітрі, не повертаючись у рідину. Тільки невелика частина їх повертається назад у рідину, сповільнюючи цим випаровування. Тому під час вітру, який відносить молекули пари, рідина швидше випаровується.

Якщо у вузьку і широку посудини налити по однаковому об'єму води, то можна помітити, що в широкій посудині вода випариться значно швидше. Наприклад, вода швидше випаровується з блюдця, ніж із склянки.

Розвішана білизна швидше висихає, ніж зібгана. Це пояснюється тим, що рідина випаровується з поверхні, і чим більша вільна поверхня рідини, тим більше молекул одночасно вилітає з неї в повітря. Отже, швидкість випаровування рідини залежить від площі її поверхні.

Спостереження й досліди показують, що випаровуються і тверді тіла. Випаровується, наприклад, лід, тому білизна висихає і на морозі. Випаровуванням твердих тіл можна пояснити і їх запахи.

Явища,         що    відбуваються    в        рідині,       яка нагрівається, цікаво спостерігати на досліді. Для цього нагріватимемо воду у відкритій  посудині

(мал. 28). 

Насамперед звернемо увагу на те, що вода з поверхні випаровується. Іноді навіть можна помітити туман, який утворюється над посудиною: водяна пара змішується з холодним повітрям  і  конденсується   у вигляді маленьких крапельок. Самої пари, звичайно, не видно.

З дальшим підвищенням температури помітимо появу у воді численних дрібних бульбашок. Їхні  розміри поступово зростають. Це бульбашки повітря, яке завжди розчинене у воді. Чим холодніша вода, тим більша кількість   повітря  може бути в ній розчинена.              

Тому від нагрівання надлишок повітря  виділяється з води у   вигляді  бульбашок. Ці бульбашки містять не тільки повітря, а й водяну пару, бо вода випаровується всередині бульбашок повітря. 

У міру дальшого нагрівання води бульбашки стають більшими й кількість їх зростає. Розмір бульбашок зростає, збільшується сила, яка виштовхує їх з води, і вони  спливають. У цей момент буває чути «шум», що передує звичайно   кипінню. При певній температурі з наближенням до поверхні об'єм бульбашок різко зростає. На поверхні вони лопаються, і водяна і що міститься в них, виходить в атмосферу, – вода кипить (мал. 29). 

Температуру, при якій рідина кипить, називають температурою кипіння.

Під час кипіння температура рідини не змінюється.                 

       В поданій нижче таблиці наведено температури кипіння різних речовин.

 

Температура кипіння різних речовин, ⁰С.

 

Вода         - 253    Кисень     - 183    Аміак       - 33

Ефір           35    Спирт        78    Вода         100

Ртуть           357   Свинець     1740   Залізо         2750

 

 

 

 

1.   Яке явище називається випаровуванням?

2.   Як називається перехід пари у рідину? 

3.   Коли рідина випаровується швидше? 

4.   Які явища спостерігаються в рідині, що починає кипіти?

 

 

 

§12. Тиск рідин на різних глибинах

 

З попередніх уроків ви знаєте, що всі речовини складаються з молекул. І всі вони мають певну масу, хоча вона і дуже маленька. Навіть в маленькій піщинці чи краплі міститься мільярди молекул. Тому в сукупності кожне тіло, не залежно від свого агрегатного стану, має певну масу і зазнає притягання до Землі.

Розглянемо декілька прикладів і попробуємо з’ясувати, якого впливу зазнає рідина з боку Землі або інакше можна сказати від чого буде залежати сила, з якою рідина тисне на Землю чи на дно посудини в якій вона знаходиться.

Візьмемо     високу       циліндричну посудину з гумовим дном і наллємо в неї певну кількість   води.         Гумове      дно прогнеться внаслідок дії     притягання Землі (мал. 30,а). Доллємо в посудину ще певну кількість води, збільшивши її масу. Як бачимо з мал. 30,б, це призведе до більшого прогинання гумового дна.

Це спричинено збільшенням дії Землі на Мал. 30 воду, яка є в посудині.                                                                                      

З цього досліду можна зробити висновок, що чим більша маса рідини в посудині, тобто висота стовпчика рідини  в ній, тим рідина сильніше тисне на дно посудини.  

Іншими словами можна сказати, що тиск, який спричинює рідина на дно посудини залежить від висоти стовпа рідини.

Розглянемо ще один дослід. Візьмемо високу посудину, у бічних стінках якої на різній висоті є отвори (мал.31). Прикриємо отвори гумовими плівками. Заповнимо посудину водою. Можна зауважити, що гумові кульки, які утворилися під тиском води на різних рівнях будуть не однакової величини. Чим ближче до дна, тим величина кульки буде більшою. Це ще раз переконує нас у тому, що тиск  рідини буде залежати від висоти стовпа рідини. Крім того можна зробити ще один висновок, що рідина тисне не тільки на дно посудини, але і на її бічні стінки.                                    

_Мал. 31 Ми з’ясували, що тиск рідини залежить від її маси в посудині. Та маса різних рідин в одній і тій

самій посудині буде різною, адже вона буде визначатися густиною тієї чи іншої рідини. Таким чином, ми прийшли до ще одного дуже важливого висновку, що тиск рідини визначається не тільки висотою стовпа рідини в посудині, але і тим, яка рідина знаходиться в посудині, тобто його густиною.

Отже, тиск рідини на дно посудини залежить від густини рідини та висоти стовпа рідини.

Існує фізична формула, за якою можна визначити, який тиск спричинює певна рідина на дно посудини. 

 

р 10h

 

 

В цій формулі тиск позначено буквою – р, густина рідини – ρ, а висота стовпчика рідини в посудині – h.

 

Одиниці вимірювання тиску – 1 Па («па» читається – паскаль). 

 

Зміну тиску з глибиною добре відчувають люди, які пірнають в глибини водойм. Якщо в легкому скафандрі водолаз може працювати на глибині до 100 м, то для дослідження глибини океанів, яка сягає кількох кілометрів, використовують особливо міцні товстостінні апарати – батисфери і батискафи.

Розглянемо приклад для визначення тиску рідини.

Задача. У цистерні, заповненій нафтою, на глибині 4 м. поставлено кран. Який тиск спричинює нафта на цей кран?

Дано: Розв’язання:

h = 4 м                 р 10h

ρ = 800 кг/м³        p = 10 · 800 · 4 = 32 000 (Па)          p  - ?               

_{Відповідь}:  p = 32 000 Па.            

 

1.   Чому виникає тиск рідини? 2.   Від чого залежить тиск рідини на дно посудини?  3.   Як змінюється тиск рідини з глибиною?  4.   Наведіть приклади, що пояснюють цю зміну. 5.   Як визначається тиск рідини на дно посудини?

 

 

    " 1. Висота водонапірної башти 25 метрів. Визначити тиск у водонапірній трубі біля основи башти. Густина води 1000 кг/м³.

2.          Водолаз занурився в морі на глибину 6 м. Який тиск у морі на цій глибині, якщо густина морської води дорівнює 1030 кг/м³.

3.          Яка висота стовпчика прісної води, якщо вона створює тиск 120 000 Па?

4.          Яка глибина бочки, якщо налитий в неї бензин створює на дно бочки тиск 14200 Па?

5.           У трубі висотою 3 м налито рідину. Ця рідина створює тиск 27000 Па. Яку рідину налито в трубу?

6.          Мед налито в посудину. Яка висота стовпа меду, якщо він створює тиск 13500 Па? 

 

 

Практична робота № 6

 

Визначення тиску рідини.

 

Прилади і матеріали: прозорі склянки, вода, олія, гас, вимірювальна стрічка, таблиця густин речовин.

 

Вказівки  до роботи.

1.    За допомогою вимірювальної стрічки, визначити глибину кожної склянки до певного рівня в сантиметрах та зазначити його з допомогою маркера.

2.    Наповнити кожну склянку відповідно водою, олією, гасом.

3.    За формулою р 10h визначають тиск, який створює кожна рідина на дно склянки (так як висоту посудини було визначено в сантиметрах, то отриманий результат потрібно поділити на 100).

4.    Виходячи з попереднього пункту, кінцева формула для визначення тиску набуде вигляду:

                                          р  h:10 .

 

5.    Записати результати зважування в таблицю.

 

 

 

№ досліду	Рідина	Густина  (кг/м3)	Тиск  (Па)
1	вода	1000
2	олія	930
3	гас	800

 

 

Обчислення:

 

р_вода h:10 р_олія  h:10  р_гас  h:10 

 

 

 

 

§13. Сполучені посудини 

 

 

Якщо дві або більше посудини сполучаються між собою трубами або протоками, то вони утворюють сполучені посудини.

Дві скляні трубки, сполучені гумовою трубкою, закріпимо вертикально в штативах. Перекриємо затискачем гумову трубку і наллємо воду в одну із скляних трубок (мал.32, а). Якщо знімемо затискач, то вода переливатиметься з наповненої трубки в порожню доти, доки в обох трубках встановляться однакові рівні води (мал. 32, б).  

Уявімо собі, що посередині трубки,

                                        ^{Мал. 32}                          яка сполучає скляні трубки з водою,

розміщена тонка і щільна перегородка, яка

може вільно переміщуватися. Оскільки рівні води в скляних трубках  не  змінюються,  то  відсутній  і  рух води в  гумовій  трубці.  Це  свідчить  про  те, що тиск на               перегородку з обох боків однаковий:           p₁ = p₂.

 

На перегородку тисне рідина, яка перебуває в обох трубках: р₁ 10h₁ р₂ 10h₂ .

 

Так як в обох трубках рідина одна, то це означає, що висота рівнів рідини у кожній трубці буде однакова: h₁ = h₂ .  

У сполучених посудинах однорідна рідина встановлюється на одному рівні незалежно від форми посудини, якщо зовнішній тиск для всіх посудин однаковий (мал. 33).

При наявності у сполучених посудинах рідин з різною густиною, рівні вільних поверхонь будуть не однаковими. Якщо, наприклад, у сполучену посудину з водою налити олії, густина якої менша, то як видно з _{Мал. 33} мал. 34, рівень вільної поверхні олії буде вищим.

Сполучені посудини широко застосовуються в побуті та техніці. Усім відомий чайник являє собою дві сполучені посудини. Носик чайника розміщений так, що його кінчик перебуває на рівні кришки. Тому налита в чайник вода не виливається, коли він стоїть на горизонтальній поверхні.

У містах, селах, на фермах діють системо водопроводів, які побудовані  за  принципом  сполучених посудин  (мал.35). Обов’язковим елементом такої системи є водонапірна башта – металевий резервуар, піднятий на таку висоту, Мал. 34 щоб рівень води в ньому був вищий за будівлі, в які подається вода.

Спеціальний насос регулярно наповнює резервуар водою.                                  

З башти вода надходить по трубах до споживачів самоплинно, відповідно до закону сполучених посудин.                         

Для  контролю  за  рівнем  води  у 

котлах під час її   нагрівання застосовують водомірне скло. Це скляна трубка, нижній кінець якої

розмішений         нижче від рівня води в Мал. ³⁵ котлі, а верхній з'єд-

наний з простором котла над водою (мал. 36). Таким чином, тиск над водою в котлі і над водою у водомірному склі однаковий. Тому за показами водомірного скла можна дізнатись про рівень води у котлі.

За принципом сполучених посудин працюють

різноманітні фонтани.                                                                           _Мал. 36

 

 

1.   Що таке сполучені посудини? 2.   Як розподіляється рідина в сполучених посудинах?  3.   Як зміниться положення рівнів рідин в сполучених посудинах у випадку, коди рідини різні?  4.   Яке  практичне  застосування  мають сполучені посудини?

 

 

 

 

§14. Манометри 

 

Рівень рідини в сполучених посудинах залежить від зовнішнього тиску. Це явище використано для побудови рідинних манометрів – приладів для вимірювання тиску.

Рідинний манометр складається з металевого або дерев'яного вертикального корпусу, на якому закріплена U-подібна скляна трубка і шкала для вимірювання висоти рівня рідини в кожному коліні трубки. Один із кінців трубки відкритий. До іншого кінця приєднана гумова або пластмасова трубка для з'єднання манометра з резервуаром, у якому потрібно виміряти тиск (мал. 37). 

Якщо обидва коліна манометра з'єднані з атмосферою, то на поверхню рідини діє лише атмосферний тиск і її рівень залишається незмінним. Тепер до лівого коліна манометра приєднаємо за допомогою трубки плоску коробочку, затягнуту з одного боку гумовою плівкою. Якщо злегка натиснемо на неї, то рівень рідини у лівому коліні знизиться, тобто тиск повітря зросте. У цей час у правому коліні рідина підійматиметься. Коли тиск рідини в правому коліні стане таким, як і в лівому, рух її припиниться. Цей тиск зріс за рахунок зовнішнього тиску на повітря, що знаходиться в лівому коліні. Тому можна вважати, що зовнішній тиск

зрівноважується тиском частини стовпчика рідини,   висота h якого дорівнює різниці рівнів рідини в лівому і правому колінах. Отже, достатньо виміряти на манометрі висоту додаткового стовпчика рідини у правому коліні, щоб знати, який тиск виміряний манометром.

Водяний манометр належить до найпростіших і найчутливіших манометрів. У техніці застосовують металеві манометри (мал. 38). Основною частиною цього манометра є плоска трубка, зігнута дугою Мал. ³⁸ невеликого радіуса (1). Один кінець трубки запаяний, а інший з'єднаний з трубкою, що веде до резервуара через кран 4, де вимірюється тиск. Якщо тиск у трубці зростає, то трубка починає розгинатися. Чим виший тиск у трубці, тим більше вона розгинається. Система передавальних механізмів (3,5) з'єднує трубку із стрілкою (2), яка переміщується і на шкалі вказує тиск. Металеві манометри не такі чутливі, як водяні, але надійність їх значно вища і вони стійкі до механічних впливів.

 

1.   Що вимірюють манометром? 2.   Опишіть будову рідинного манометра.  3.   Яка будова металевого манометра?  4.   Який з відомих вам манометрів найбільш чутливий?

 

 

 

§15. Насоси 

 

Для перекачування різних рідин застосовують рідинні насоси різних типів. Найпростіші рідинні поршневі насоси.

Насос, схематично зображений на малюнку 39, складається з циліндра, всередині якого рухається вгору і вниз поршень, що щільно прилягає до стінок. У нижній частині циліндра і в самому поршні встановлено клапани, які відкриваються тільки вгору. Коли поршень рухається вгору, вода під тиском атмосфери входить у трубу, піднімає нижній клапан і рухається за поршнем.                            

            Коли     ж     поршень    рухається

вниз, вода під ним тисне на  нижній клапан, і  цей клапан закривається.

Одночасно під тиском води відкривається клапан усередині поршня, і вода переходить у простір над поршнем. При

дальшому русі поршня вгору разом з  ним піднімається і вода, що є над поршнем, виливається у відливну трубку. Одночасно за поршнем піднімається нова порція води, яка при наступному опусканні поршня буде вже над ним, і т. д.

Рідинний поршневий насос піднімає воду з глибини не більшої за 10 м. Це обмеження пояснюється тим, що нормальний атмосферний тиск урівноважується стовпом води заввишки 10 м 33 см.

 

1.   З яких частин складається поршневий насос? 2.   Опишіть, як працює водяний поршневий насос?  3.   З якої глибини можна підняти воду за допомогою рідинного поршневого насоса?

                                                        

 

 

 

 

§16. Шлюзи. Гідравлічна машина 

 

За принципом сполучених посудин працюють також шлюзи (мал. 40), за допомогою яких судна долають перешкоди на річках: пороги, греблі тощо.  

                                                                      Мал. 40

 

За таким принципом працюють і інші пристрої, наприклад гідравлічні машини. У них взаємодію між окремими частинами здійснюється через рідину.

Найпростіша гідравлічна машина складається з двох циліндрів, у яких розміщені поршні. Циліндри з'єднані трубкою і заповнені мінеральним маслом (мал. 41).

Нехай перший поршень має площу S1, другий – S2. Якщо поставимо на перший поршень деякий тягар, то на рідину  почне  діяти  сила,  яка  створить   тиск. Цей тиск передається в усіх напрямах однаково, у тому числі і на другий Мал. 41 поршень. На другий поршень діє сила F^* з боку рідини, і поршень почне підійматися. Щоб поршень залишався нерухомим, потрібно зрівноважити силу, яка діє на другий поршень. Якщо розрахувати цю силу, то можна з’ясувати, що сили, які діють на зрівноважені поршні гідравлічної машини, пропорційні площам цих поршнів. Іншими словами, чим менша площа циліндра, тим меншу силу потрібно прикладати до нього.

Змінюючи площі поршнів, можна змінювати значення сили. Це основна властивість гідравлічної машини. І саме вона використовується для побудови різних гідравлічних пристроїв, які застосовуються в техніці. Серед таких пристроїв досить поширеним є гідравлічний прес.

Гідравлічні преси застосовують там, де потрібна велика сила, наприклад, для видавлювання олії з насіння на олійницьких заводах, для пресування фанери, картону, сіна тощо. На металургійних заводах гідравлічні преси використовують під час виготовлення стальних валів машин, залізничних коліс та багатьох інших виробів. Сучасні гідравлічні преси можуть створювати силу тиску в десятки й сотні мільйонів ньютонів. На фотографії (мал. 42) показано гідравлічний прес у цеху заводу.

Гідравлічний прес поєднує в одному пристрої рідинний насос і гідравлічну машину.

Подібним чином працюють гідравлічний домкрат та гідравлічні Мал. 42

гальма автомобіля (мал. 43). Схему гідравлічних гальм показано на малюнку 44.

 

 

Схема гідроприводу гальм: 

1 - трубопровід контуру «ліве переднє-праве заднє гальмо»;

2-сигнальний пристрій;

3         - трубопровід контуру «праве переднє - ліве заднє гальмо»;

4         - бачок головного циліндра;

5         - головний циліндр гідроприводу гальм;

6         - вакуумний підсилювач;

7         - педаль гальма;

8         - регулятор тиску задніх гальм;

9         - трос ручного гальма;

10      - гальмівний механізм заднього колеса;

11      - регулювальний наконечник стоянкового гальма;

12      - важіль приводу стоянокового гальма; 13 - гальмівний механізм переднього колеса.

 

 

1.   За яким принципом працюють шлюзи? 2.   Для чого потрібні шлюзи?  3.   З яких частин складається гідравлічна машина? 4.   Який виграш в силі дає гідравлічна машина? 5.   Чим відрізняється гідравлічна машина від гідравлічного перса? 6.   Де використовують гідравлічні преси?

 

  

§17. Виштовхувальна сила 

 

Під водою ми можемо легко підняти камінь, який з великим зусиллям піднімаємо в повітрі. Якщо занурити корок під воду й випустити там його з руки, то він випливе. Як можна пояснити ці явища?

Ми знаємо (§ 12), що рідина тисне на дно і стінки посудини, а якщо всередину рідини помістити яке-небудь тверде тіло, то воно також зазнаватиме тиску. Сила, з якою рідина діє на занурене тіло, діє вгору.

Інакше, як пояснити спливання корка на поверхню води?

Існування сили, яка виштовхує тіло з рідини, легко виявити на досліді.

На малюнку 45, а зображено тіло, підвішене до пружини із стрілкою на кінці.         Розтяг       пружини   фіксує       на штативі стрілка-покажчик. Коли тіло опускати   у       воду,          пружина скорочується (мал. 45, б). Таке саме скорочення пружини буде тоді, коли діяти, наприклад, рукою на тіло знизу вгору з певною силою.  

Отже, дослід підтверджує, що на занурене в рідину тіло діє сила, яка

виштовхує це тіло з рідини.                                                Мал. 45

            Сила,    яка    виштовхує    тіло    з

рідини або газу, напрямлена протилежно силі тяжіння, прикладеній до цього тіла, тому якщо яке-не-будь тіло зважити в рідині або газі, то його вага буде менша за вагу у вакуумі (пустоті).

Саме цим пояснюється, що у воді ми досить легко піднімаємо тіла, які насилу утримуємо в повітрі.

 

 

 

1.   Як діє рідина на занурене в неї тіло? 2.   На якому досліді можна пояснити, що на тіло занурене у рідину діє виштовхувальна сила?  3.   Куди завжди напрямлена виштовхувальна сила?

 

 

 

 

 

§18. Плавання тіл. Повітроплавання

 

На занурене в рідину тіло діють дві сили: сила тяжіння, напрямлена вертикально вниз, і виштовхувальна сила, напрямлена вертикально вгору. Під дією цих сил тіло, якщо воно було нерухоме, рухатиметься в бік більшої сили. При цьому можливі три випадки:

1)                      якщо сила  тяжіння   більша  за виштовхувальну  силу, то тіло опускатиметься на дно, «тонутиме»;

2)                      якщо   сила  тяжіння   дорівнює  виштовхувальній силі, то тіло може бути в рівновазі в будь-якому   місці рідини;

3)                      якщо  сила  тяжіння   менша  за   виштовхувальну   силу, то тіло підніматиметься з рідини,   «спливатиме».

Розглянемо останній випадок докладніше.

Коли тіло, що спливає, досягне поверхні рідини, то при дальшому його русі вгору виштовхувальна сила зменшуватиметься. Чому? Тому, що зменшуватиметься об'єм зануреної частини тіла.

Коли виштовхувальна сила дорівнюватиме силі тяжіння тіла, то тіло зупиниться і плаватиме на поверхні рідини, частково занурившись у неї.

Цей висновок легко перевірити на досліді.

У відливну посудину наливають воду до рівня бічної трубки. Після цього в посудину занурюють плаваюче тіло (мал. 46), попередньо зваживши його в повітрі. Занурившись у воду, тіло витісняє об'єм води, який дорівнює об'єму зануреної частини тіла. Зваживши цю воду, приходять до висновку, що її вага

(виштовхувальна сила) дорівнює силі тяжіння, яка діє на плаваюче тіло, або вазі цього тіла в повітрі.                                                               

              Виконавши такі самі досліди                                 Мал. 46

з будь-якими іншими тілами,  що плавають  у  різних  рідинах — воді, спирті, в розчині солі, можна впевнитись, що вага в повітрі плаваючого тіла дорівнює вазі рідини, витісненої тілом.

Легко довести, що коли густина суцільного твердого тіла більша за густину рідини, то тіло в такій рідині тоне. Тіло з меншою густиною спливає в цій рідині. Тіло ж, густина якого дорівнює густині рідини, залишається в рівновазі всередині рідини. 

На поверхні води (1000 кг/м³) лід (900 кг/м³) плаває, оскільки його густина менша за густину води, а в нафті  (800 кг/м³) – тоне.

Чим менша густина тіла порівняно з густиною рідини, тим менша його частина занурена в рідину.

Густина живих організмів, які населяють водне середовище, мало відрізняється від густини води. Завдяки цьому водяні тварини не потребують таких масивних скелетів, як наземні. З цієї ж причини є еластичні і стовбури водяних рослин.

Цікавий орган риб – плавальний міхур має помітну стискуваність, тому риба легко змінює об'єм свого тіла й тим самим середню густину. Завдяки цьому вона може в певних межах регулювати глибину свого занурення.

Виштовхувальна сила діє не тільки в рідинах, але і в газах. Її використовують для створення літальних апаратів, легших за повітря. 

Якщо оболонку якогось балона зробити дуже легкою і наповнити газом, легшим за повітря, то можна досягти підняття всього балона вгору.

Цю ідею на практиці вперше реалізували винахідники з Франції брати Монгольф'є. У 1783 р. вони виготовили велику кулю з паперу і наповнили її гарячим повітря  (мал. 47). Політ був успішним і започаткував розвиток повітроплавання.                                                                    

Обов'язковим і головним елементом повітроплавального апарата є велика і дуже легка оболонка. Її наповнюють газом, густина якого менша за густину повітря. Найбільш придатними для цього є водень,

гелій або навіть гаряче повітря.                                              Мал. ⁴⁷

Повітряна куля, наповнена одним із перелічених газів, може не лише сама піднятися вгору, а й підняти вантаж (мал. 48).

Поведінка аеростата, як часто називають повітряну кулю, відрізняється від поведінки зануреного в рідину тіла, густина якого менша від густини рідини. Якщо в рідині тіло спливає аж на поверхню, до межі рідини, то аеростат підіймається лише на певну висоту. Густина повітря зі збільшенням висоти       поступово          зменшується.

Через це зменшується і виштовхувальна сила. Мал. 48

Тільки-но виштовхувальна сила зрівняється з вагою аеростата, підняття припиниться. Для подальшого підняття можна зменшити вагу аеростата, скинувши з нього баласт – вантаж, який заздалегідь завантажений у нього. Можливий також підігрів газу, внаслідок чого збільшується об'єм кулі і зменшується густина газу в ній. Це збільшує підіймальну силу аеростата.

Аеростат не може самостійно переміщуватися в горизонтальному напрямі. Він рухається тільки під дією вітру, а пілот керує лише висотою підйому апарата.

У наш час повітряні кулі невеликих розмірів використовують для дослідження  верхніх шарів атмосфери.  Кулі-зонди, що на відміну від ракет не забруднюють повітря, доставляють на велику висоту спеціальну апаратуру, яка за допомогою радіопередавача передає на Землю результати вимірювань. 

 

1.   Коли тіло спливає в рідині, а коли тоне?

2.   Для чого використовують повітряні кулі?

 

 

 

Практична робота № 7

 

З’ясування умов плавання тіла в рідині.

 

Прилади і матеріали: мензурка з водою, пробірка з корком, важільні терези з набором важків, сухий пісок, папір фільтрувальний, гачок з жорсткої дротини.

 

Вказівки  до роботи.

1.                           Визначити ціну поділки мензурки.

2.                           Вийнявши корок з пробірки, насипати в неї сухого піску більше половину об’єму.

3.                           Закривши пробірку корком, опустити її в мензурку з водою.

4.                           Спостереженням встановити, в якому стані перебуває пробірка (тоне, плаває у воді, спливає на її поверхню).

5.                           Визначити об’єм зануреної частини пробірки.

6.                           Вийняти за допомогою гачка пробірку з води, витерти її, визначити масу на важільних терезах.

7.                           За формулою m:V , визначити густину пробірки з піском.

8.                           Порівняти отриманий результат з густиною води.

9.                           Поступово відсипаючи пісок з пробірки, повторити досліди з пункту № 3 до пункту № 8. 

10.                      Дані занести в таблицю.

 

№  досліду	V пробірки (см3)	m пробірки (грам)	Густина пробірки (г/см3)	Густина води (г/см3)	Спостережуване   явище
1				1
2				1
3				1

Обчислення:

1 m1 :V1 

2 m2 :V2 

₃ m₃ :V₃ 

 

 

Головне в розділі  3

 

1. Явище переходу молекул з рідини в пару називають ви-

паровуванням. Швидкість випаровування залежить  від роду

рідини та температури. При певній температурі рідина

випаровується найінтенсивніше. Цей процес називають кипінням. Під час кипіння температура рідини не змінюється.  2. Рідина, яка знаходиться в посудині, спричиняє тиск на дно та стінки даної посудини. Тиск рідини на дно посудини залежить від густини рідини та висоти стовпа рідини і визначається за формулою р 10h . Одиниці вимірювання

тиску – 1 Па (паскаль).

3.   Сполученими посудинами являються всі посудини, які між собою з’єднані. Сполучені посудини широко застосовуються в побуті та техніці: чайник, водопровід, манометр, насоси, гідравлічна машина, шлюзи. 4.   На занурене в рідину тіло діє сила, яка виштовхує це тіло з

рідини. Сила, яка виштовхує тіло з рідини або газу,

напрямлена протилежно силі тяжіння, прикладеній до цього

тіла. Завдяки виштовхувальній силі тіла, які занурені у рідину

чи газ, можуть плавати. Чи буде тіло плавати, чи тонути залежить, від густини рідини (газу) та густини поміщеного в неї (нього) тіла.

 

Зміст 

 

 

Розділ 1                                                                                                                                                                                           

                 

Вступ Початкові відомості про речовину                                                          

§1.  Фізика – наука про природу. …………………………………………….. 3

§2.  Фізичне тіло, речовина, матерія. ……………………………………….. 6

Практична робота № 1  ……………………………………………………… 7

§3.  Три стани речовини. …………………………………………………….       8

§4.  Маса тіла та її вимірювання. …………………………………………..       10

Практична робота № 2   …………………………………………………….. 11

Практична робота № 3   …………………………………………………….. 11

§5.  Густина речовини. ………………………………………………………… 13 Практична робота № 4   …………………………………………………….. 14

           

Розділ 2                                                                                                                                                                                           

                 

Властивості твердих тіл                                                                                       

§6. Зміна форми і об’єму твердих тіл під дією сили. ……………………... 16

§7. Пружність, пластичність, крихкість. …………………………………….. 18

§8. Тепловий стан тіл та їх температура. ………………………………….. 19

Практична робота № 5   …………………………………………………….. 22

§9. Теплопровідність твердих тіл. …………………………………………… 22

§10. Зміна властивостей твердих тіл при  нагріванні і охолодженні…… 25

           

Розділ............................................................................................................................. 3 ..........................................................................................................................................  

Властивості рідин             ...............................................................................................

§11. Випаровування та конденсація. Кипіння........................................................ 29

§12. Тиск рідин на різних глибинах.......................................................................... 31

Практична робота № 6........................................................................................... 34

§13. Сполучені посудини.......................................................................................... 35

§14. Манометри.......................................................................................................... 37

§15. Насоси................................................................................................................. 38

§16. Шлюзи. Гідравлічна машина............................................................................ 39

§17. Виштовхувальна сила....................................................................................... 42

§18. Плавання тіл. Повітроплавання....................................................................... 43

Практична робота № 7........................................................................................... 45

 

                 

        

 

 

 

 

 

 

Використана література

 

1.    Дубас З. Збірник різнорівневих завдань з фізики. 7 клас. – Тернопіль: «Підручники і посібники», 2005. – 72с.

2.    Дубас З. Збірник рівневих завдань з фізики. 7 клас. – Тернопіль: «Підручники і посібники», 2005. – 88с.

3.    Гончаренко С.У. Фізика. Підручник для 10 класу. – Київ: «Освіта», 2002. – 320 с.

4.    Лукашик В.І. Збірник запитань і задач з фізики. Навчальний посібник для учнів 7-8 класів. – Харків: «Олант», 2004. – 172 с.

5.    Кирик Л.А. Уроки фізики. 7 клас. – Харків: «Ранок-НТ», 2004. – 272 с. 6. Кирик Л.А. Уроки фізики. 8 клас. – Харків: «Ранок-НТ», 2003. – 288 с.

7.         Коршак Є.В. та ін. Фізика. 7 клас. – Київ; Ірпінь: ВТФ «Перун», 2002. – 168 с.

8.         Коршак Є.В. та ін. Фізика. 8 клас. – Київ; Ірпінь: ВТФ «Перун», 2003. – 192 с.

9.         Пьоришкін О.В., Родіна Н.О. Фізика. Підручник 6-7 класів середньої школи. – Київ: «Радянська школа», 1981. – 320 с.

10.    Комп’ютерна програма компанії ФИЗИКОН «Открытая

Физика 2.5 часть 1».