R1VvCkV6RcXTK1

Zdjęcie przedstawia scenę z ulicznym punktem obsługi rowerów, zorganizowanym przy okazji jakiegoś święta lub wyścigu. Na pierwszym planie młoda kobieta robi coś przy łańcuchu i tylnym kole roweru stojącego do góry nogami. W tle odbywają się przeglądy dwóch innych maszyn.

1. Atomy i cząsteczki

R1B30BuJwlhKr1

Schemat przedstawia trójwymiarowy makroskopowy obraz atomów.

1. Materia składa się z cząsteczek zbudowanych z atomów.

2. Atomy są bardzo małe, ich rozmiary wyraża się w nanometrach, czyli miliardowych częściach metra. Atomy są niewidoczne pod zwykłymi mikroskopami.

3. Atomy i cząsteczki znajdują się w nieustannym, chaotycznym ruchu.

4. O cząsteczkowej budowie materii i o ruchu cząsteczek świadczą:

   • dyfuzja – samorzutne mieszanie się substancji, np. rozprzestrzenianie się zapachu w nieruchomym powietrzu;

   • kontrakcja objętości – objętość mieszaniny cieczy jest mniejsza od sumy objętości jej składników; ze zmieszania szklanki grochu i szklanki maku powstanie mieszanina o mniejszej objętości niż dwie szklanki;

   • ruchy Browna – nieustanne chaotyczne ruchy cząstek zawiesiny w cieczy lub gazie (np. cząstek tłuszczu w wodzie);

   • obrazy atomów z supernowoczesnych mikroskopów zwanych mikroskopami tunelowymi.

2. Trzy stany skupienia

R1Hj2m8IyXfGv1

Ilustracja przedstawia schemat przemian fazowych. Na schemacie widnieją trzy koła. Jedno koło na górze ilustracji. Dwa koła na dole, jedno w lewym rogu, drugie w prawym rogu. Koła układem przypominają trójką równoboczny. W kołach widnieją napisy, a obok kół rysunki. W górnym kole napisano: „ciało gazowe”. Na rysunku obok są trzy niebieskie chmurki. Dwie jasne, jedna ciemna. W lewym dolnym kole napisano: „ciało stałe”. Na rysunku obok przedstawiono jasnoniebieską kostkę lodu. W prawym dolnym kole napisano: „ciało ciekłe”. Na rysunku obok znajduje się pięć kropelek w kolorze niebieskim. Od górnego koła „ciało gazowe” w kierunku lewego dolnego koła „ciało stałe” poprowadzono strzałkę. Strzałka została opisana jako „resublimacja”. Strzałka w drugą stronę (od „ciała stałego” do „ciała gazowego”) została opisana jako „sublimacja”. Od górnego koła „ciało gazowe” w kierunku prawego dolnego koła „ciało ciekłe” poprowadzono strzałkę. Strzałka opisana jako „skraplanie”. Strzałka w drugą stronę („od ciała ciekłego” do „ciała gazowego”) jest opisana jako „parowanie”. Od dolnego lewego koła „ciało stałe” do prawego dolnego koła „ciało ciekłe” poprowadzono strzałkę. Strzałka opisana jako „topnienie”. Od „ciała ciekłego” do „ciała stałego” prowadzi strzałka opisana „krzepnięcie”.

Materia występuje w trzech podstawowych stanach skupienia:

• gazowym – atomy i cząsteczki znajdują się w dużych odległościach od siebie, poruszają się swobodnie i zderzają się ze sobą oraz ściankami naczynia;

• ciekłym – atomy i cząsteczki leżą blisko siebie, przyciągają się i odpychają, ale mogą się swobodnie przemieszczać (podobnie jak pasażerowie z zatłoczonym tramwaju);

• stałym – atomy i cząsteczki leżą blisko siebie i są ze sobą mocno związane, nie mogą się przemieszczać, ale mogą wykonywać ruchy drgające.

3. Gęstość materii

R1ID1GrtVKBLW1

Ilustracja przedstawia areometr zanurzony w cieczy. Tło białe. Ciecz jasnoniebieska. Po środku areometr. Szklana rurka bez otworów. Szkło przezroczyste, gładkie. Górna część wąska z widoczną skalą. Skala od góry: 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3. Pod ostatnią liczbą napisano: g/ centymetry sześcienne. Poniżej skali rurka delikatnie się rozszerza. Zakończenie spiczaste. Na samym dnie rurki znajduje się balast. Balast zaznaczono dwiema barwami: czerwoną od góry, ciemnoszarą na dole. Skala zanurzonego areometru w cieczy wskazuje wynik 1,0.

1. Gęstość ($d$) to iloraz masy i objętości: $d= \frac{m}{V} \left[\frac{\mathrm{kg}}{m^3}\right]$, $$gdzie: $m$ – masa ciała; $V$ – jego objętość.

2. Gęstość jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji.

3. Gęstość zawiera informację, jaka jest masa jednego metra (centymetra, decymetra) sześciennego danej substancji. Jeśli gęstość drewna wynosi $600 \frac{\mathrm{kg}}{m^3}$, to znaczy, że jeden metr sześcienny tego drewna ma masę $600\mathrm{ kg}$.

4. Aby wyznaczyć gęstość ciała, musimy znać jego masę i objętość. Mierzenie objętości zależy od kształtu ciała. Gdy ma ono kształt regularny (sześcian, prostopadłościan, walec, kula), należy zmierzyć linijką wysokość, długość, szerokość lub średnicę i za pomocą wzorów matematycznych wyliczyć objętość danej bryły. Gdy ciała nie mają regularnego kształtu, ich objętość możemy wyznaczyć za pomocą menzurki z wodą (jeśli pozwalają na to wymiary badanej bryły). W celu wyznaczenia masy ciała posługujemy się wagą.

4. Właściwości ciał stałych

RgXE0f5EV1hce1

Zdjęcie stłuczonych przedmiotów z porcelany, celem jest pokazanie kruchości materiału

1. Ciała stałe zachowują swój kształt i swoją objętość.

2. Zmiana kształtu ciała stałego nie wpływa na jego objętość.

3. Ciała stałe dzielimy na:

   • sprężyste – przykłady: stal, kauczuk;

   • plastyczne – przykłady: plastelina, ołów;

   • kruche – przykłady: porcelana, lód.

Ten podział jest umowny i zależy od wielkości siły, która działa na ciało.

5. Budowa krystaliczna ciał stałych

RntBZImg5rCCz1

Ilustracja przedstawia kryształ górski. Tło czarne. Kryształ bezbarwny, przezroczysty.

Ze względu na sposób ułożenia atomów lub cząsteczek ciała stałe dzielimy na:

• krystaliczne – atomy, jony lub cząsteczki są rozmieszczone regularnie, tworzą pewną strukturę geometryczną, nazywaną siecią krystaliczną (przykłady: sól kuchenna, kwarc, metale);

• amorficzne – tworzące je atomy lub cząsteczki rozłożone są chaotycznie, czyli w sposób nieuporządkowany (przykłady: szkło, smoła, parafina).

6. Właściwości cieczy

R17FSi72NfdJo1

Zdjęcie przedstawia czynność polegającą na nalewaniu wody do kieliszka. Tło jasne, kieliszek stoi na drewnianym stole. Kieliszek szklany, bezbarwny na wysokiej nóżce. W lewym górnym rogu widać fragment dzbanka, z którego nalewana jest woda.

1. Ciecze mają określoną objętość, ale nie kształt. Przyjmują kształt naczynia, w którym są umieszczone.

2. Na styku z innym ośrodkiem (próżnią, powietrzem, cieczą lub ścianką naczynia) ciecze tworzą określony kształt powierzchni, nazywany powierzchnią swobodną cieczy.

3. W stanie nieważkości powierzchnia swobodna cieczy ma kształt kuli.

4. Ciecze są nieściśliwe.

5. Ciecze zmieniają swoją objętość pod wpływem temperatury – zjawisko to nosi nazwę rozszerzalności termicznej.

7. Napięcie powierzchniowe

R14rXHEs2MCbf1

Zdjęcie przedstawia bańki mydlane. Na zdjęciu widoczne dwie, duże bańki. Tło rozmyte.

1. Powierzchnia swobodna cieczy dąży do tego, aby mieć jak najmniejsze pole, a siły, które to powodują, nazywamy siłami napięcia powierzchniowego. Kiedy pole to wzrośnie (np. nastąpi ugięcie powierzchni), siły napięcia dążą do jego zmniejszenia.

2. Siłami spójności (kohezji) nazywamy oddziaływania występujące między cząsteczkami tej samej substancji.

3. Siły przylegania (adhezji) to oddziaływania występujące między cząsteczkami różnych substancji.

4. Relacje między siłami przylegania i spójności prowadzą do powstawania odpowiednich menisków:

   • gdy siły spójności są większe od sił przylegania, powstaje menisk wypukły;

   • gdy siły przylegania są większe od sił spójności, powstaje menisk wklęsły.

8. Właściwości gazów

1. Gazy nie mają swojego kształtu ani swojej objętości. Przybierają kształt i objętość naczynia, w którym się znajdują.

2. Cząsteczki gazu wypełniają całą objętość naczynia – bez względu na jego kształt.

3. Gazy są ściśliwe (w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy).

9. Ciśnienie

R1di7ncYgGhnB1

Zdjęcie przedstawia manometr. Tło białe. Manometr metalowy. Tarcza biała. Na tarczy trzy wskazówki i skala. Wskazówki mają trzy barwy: czarną, zieloną i czerwoną. Każda wskazuje inną wartość. Skala od 0 do 1,6 co 0.2. Po środku skali litery „MPa”.

1. Ciśnienie to wielkość fizyczna – jest miarą siły nacisku (parcia) na jednostkę powierzchni; oznaczamy je małą literą $p$.

2. Aby obliczyć wartość ciśnienia, należy siłę nacisku ($F$) działającą prostopadle do powierzchni podzielić przez pole powierzchni ($S$), na którą ta siła działa. Ciśnienie = siła nacisku (parcie) / pole powierzchni; $p= \frac{F}{S}$.

3. Jednostką podstawową ciśnienia w układzie SI jest paskal ($\mathrm{Pa}$); $\left[p\right]=\frac{F}{S}=\frac{1\mathrm{N}}{1{\mathrm{m}}^2}=1\mathrm{Pa}$.

4. Ciśnienie gazów i cieczy mierzymy za pomocą manometrów.

10. Ciśnienie hydrostatyczne

R13160qlWR0qF1

Ilustracja przedstawia zasadę działania wodociągów miejskich. Tło białe. Na dole brązowy grunt. Pomiędzy gruntem a tłem, zielona trawa. Po lewej, na wzniesieniu, wieża ciśnień. Kolor szary. Wieża na górze się rozszerza. Na górze, w środku zaznaczono „zbiornik wodny” z niebieską wodą. Woda wypełnia zbiornik do połowy. Po prawej narysowano szary budynek jednopiętrowy. Podpisany „Użytkownicy”. Budynek stoi niżej niż wieża ciśnień. Dach budynku na poziomie połowy wieży. Na obu piętrach, w środku narysowano urządzenia sanitarne: toaletę, umywalkę i wannę z prysznicem. Urządzanie sanitarne zostały z wieżą ciśnień symbolicznie połączone niebieskimi liniami, które oznaczają rury doprowadzające wodę. Rury całego budynku łączą się u jego podstawy, schodzą poniżej gruntu i tą drogą dochodzą do wieży ciśnień. Stamtąd bezpośrednio do zbiornika z wodą. W lewej części ilustracji, poniżej gruntu, znajduje się niebieski prostokąt. Podpisany „Stacja pomp”. Stacja w podobny sposób, jak budynek, połączona jest ze zbiornikiem wody wieży ciśnień. Na niebieskich liniach – rurach narysowano strzałki. Strzałki wskazują, w którą stronę dostarczana jest woda. Od stacji pomp do zbiornika wody. Od zbiornika wody do budynku, do „Użytkowników”.

1. Ciśnienie hydrostatyczne spowodowane jest ciężarem cieczy znajdującej się w spoczynku; zależy od wysokości słupa cieczy i od jej gęstości.

2. Ciśnienie hydrostatyczne obliczamy ze wzoru: $p=d·g·h$, $$ gdzie:
   $p\left[\mathrm{Pa}\right]$ – ciśnienie cieczy;
   $d\left[\frac{\mathrm{kg}}{{\mathrm{m}}^3}\right]$ – gęstość cieczy;
   $g\left[\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}\right]$ – przyspieszenie ziemskie;
   $h\left[\mathrm{m}\right]$ – wysokość słupa cieczy.

11. Ciśnienie atmosferyczne

RULCmIxptEOIh1

Zdjęcie przedstawia barometr. Tło białe. Widoczna tylko tarcza barometru. Tarcza okrągła, biała. Górne półkole tarczy z zaznaczoną skalą. Skala od 980 (lewa strona) do 1050 (prawa strona). Dwie wskazówki. Jedna długa, czarna. Wskazuje wartość pomiędzy 1010 a 1020. Druga krótsza, ciemnoszara. Wskazuje wartość ponad 1040. W dolnej części tarczy widoczne litery „hPa”. Pod nimi napis: „Barometr”. Obok skali narysowano trzy symbole pogody. Obok wartości 990: chmura z kroplami deszczu. Obok wartości 1010: słońce za chmurą. Obok wartości 1030: słońce.

1. Ciśnienie atmosferyczne związane jest z ciężarem powietrza, znajdującego się powyżej poziomu, na którym je mierzymy. Im bliżej powierzchni Ziemi, tym wyższe jest ciśnienie atmosferyczne, i odwrotnie – na szczytach górskich ciśnienie atmosferyczne jest niższe niż w dolinach.

2. Do pomiarów ciśnienia atmosferycznego służą barometry.

12. Prawo Pascala

RMgZw7R9QPKXC1

Ilustracja przedstawia zbiornik z cieczą. Tło białe. Zbiornik w kształcie kuli. Wypełnienie jasnobłękitne. Od góry otwór wlotowy do zbiornika. Wlot zbiornika „zamknięty” zieloną linią. Od zielonej linii, pionowo w dół zwrócona strzałka. Strzałka oznaczona symbolem siły F. Po zewnętrznej stronie zbiornika, od ścian, odchodzi siedem zielonych strzałek. Strzałki znajdują się w równych odstępach od siebie. Wszystkie mają taką samą długość.

Mówimy, że ciśnienie zewnętrzne wywierane na płyn rozchodzi się we wszystkich kierunkach jednakowo.

13. Zastosowanie prawa Pascala

R171SUgaek5Si1

Prasa hydraulicznaIlustracja przedstawia schemat prasy hydraulicznej. Tło białe. Prasa żółta. Pod prasą znajduje się samochód osobowy. Z lewej strony prazy znajduje się tłok pełniący funkcję pompy. Z prawej strony, nad samochodem, tłok roboczy.

1. Prawo Pascala znalazło szerokie zastosowanie w konstrukcji pras, podnośników, pomp hydraulicznych i układów hamulcowych.

2. Zasada działania prasy hydraulicznej wykorzystuje prawo Pascala. Zadaniem prasy jest zwielokrotnienie zewnętrznej siły nacisku i wykorzystanie jej do wykonania pracy. Prasa hydrauliczna jest najważniejszym elementem każdego siłownika.

3. Wartość siły $F_2$ uzyskanej za pomocą prasy jest tyle razy większa od zewnętrznej siły $F_1$ działającej na tłok, ile razy powierzchnia $S_2$ większego tłoka jest większa od powierzchni $S_1$ mniejszego tłoka; $p = \frac{F_1}{S_1} = \frac{F_2}{S_2}$.

14. Prawo Archimedesa

ReA3nZ3wRvdCa1

Ilustracja przedstawia koronę królewską. Tło białe. Korona wykonana ze złota. Ozdobiona perłami i rubinami. Korona zanurzona w naczyniu z wodą. Naczynie prawie pełne. Korona znajduje się na dnie naczynia, jest w całości zanurzona. Po środku korony narysowano białą strzałkę. Strzałka skierowana pionowo, zwrócona ku górze. Grot sięga połowy wypełnionego naczynia. Strzałka podpisana literami Fw.

15. Pływanie ciał

RQU7NMCbExYUv1

schematyczny rysunek statku na wodzie; widoczne jest częściowe zanurzenie w wodzie, zaznaczona siła ciężkości i siła wyporu równe co do wartości i przeciwnie skierowane. Długości wektorów takie same (Q=Fw)

16. Zadania

17. Test

R1X8ExKApUcpQ1

Uproszczony schemat hydraulicznego układu hamulcowego – dwa przekroje o różnych polach powierzchni. Zaznaczona siła nacisku na mniejszą powierzchnię (tłoczek). Powierzchnie tłoków i siła opisane. Dane do opisu: (S1=1cm2 , S2=100cm2 , F1=50N)Ponadto zaznaczone dwa punkty: punkt A tuż pod powierzchnią tłoka o polu S1 oraz punkt B pod powierzchnią tłoka o polu S2.Celem jest graficzna forma prezentacji danych do obliczeń z zastosowaniem prawa Pascal.

Ćwiczenie 13.1

R1QIWqloux7Nt1

zadanie interaktywne

zadanie interaktywne

Przygotuj kartkę i przybory do pisania przed przystąpieniem do rozwiazywania zadania.

Odczytaj informacje podane na rysunku i oblicz ciśnienie płynu w punktach A i B. Wskaż wszystkie poprawne odpowiedzi.

• 
  w punkcie A – 50 MPa
  w punkcie B – 50 MPa
• 
  w punkcie A – 50 000 kPa
  w punkcie B – 50 000 kPa
• 
  w punkcie A – 500 000 hPa
  w punkcie B – 500 000 hPa
• 
  w punkcie A – 50 Pa
  w punkcie B – 50 Pa
• 
  w punkcie A – 500 000 Pa
  w punkcie B – 5000 Pa
• 
  w punkcie A – 50 Pa
  w punkcie B – 0,5 Pa
• 
  w punkcie A – 50 hPa
  w punkcie B – 50 hPa
• 
  w punkcie A – 50 hPa
  w punkcie B – 0,5 hPa

ROQsZHgpxx9UR1

Ilustracja przedstawia schemat układu atomów w ciałach o różnych stanach skupienie. Tło białe. Na ilustracji trzy kwadraty. Czarne kontury, białe wnętrza. Kwadraty ułożone w jednym rzędzie. Ponumerowane cyframi rzymskimi od I do III (od lewej). W każdym znajdują się małe, niebieskie kółka, ale w różnych ilościach. W pierwszym kółka wypełniają całe wnętrze kwadratu, leżą ciasno ułożone. W drugim jest jedynie kilka kółek, leżą rozrzucone na całej powierzchni kwadratu. W trzecim kółek jest kilkadziesiąt. Zajmują całą powierzchnię, jednak nie leżą tak ciasno, jak w kwadracie I.

Ćwiczenie 14.1

R1DzZfGGv6Sbb1

zadanie interaktywne

zadanie interaktywne

Na rysunku przedstawiono schematycznie układ atomów w ciałach o różnych stanach skupienia. Rysunki oznaczone cyframi I, II, III przedstawiają modele budowy:

• 
  I – ciała stałego
  II – gazu
  III – cieczy
• 
  I – ciała stałego
  II – cieczy
  III – gazu
• 
  I – cieczy
  II – gazu
  III – ciała stałego
• 
  I – gazu
  II – ciała stałego
  III – cieczy