W tym materiale podsumujesz swoją wiedzę o podstawowych właściwościach materii w różnych stanach skupienia: ciekłym, stałym i gazowym. Przypomnisz sobie jaki jest związek tych właściwości z wewnętrzną, cząsteczkową budową ciał. Powtórzysz podstawowe wielkości fizyczne: gęstość, ciśnienie, ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne oraz sposoby ich pomiaru. Przypomnisz sobie prawa fizyczne dotyczące zjawisk zachodzących w cieczach i gazach: prawo Pascala i prawo Archimedesa oraz jak doświadczalnie sprawdzić ich prawdziwość i wskazać ich praktyczne wykorzystanie.
Więcej informacji znajdziesz w poniższych materiałach:
Materia składa się z cząsteczek zbudowanych z atomów.
Atomy są bardzo małe, ich rozmiary wyraża się w nanometrach, czyli miliardowych częściach metra. Atomy są niewidoczne pod zwykłymi mikroskopami.
Atomy i cząsteczki znajdują się w nieustannym, chaotycznym ruchu.
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.
Trzy stany skupienia
R17KtmQLwK4kl
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.
Gęstość materii
R16Tdq7WjxC73
Gęstość to iloraz masy i objętości: , gdzie: – masa ciała; – jego objętość.
Gęstość jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji.
Gęstość zawiera informację, jaka jest masa jednego metra (centymetra, decymetra) sześciennego danej substancji. Jeśli gęstość drewna wynosi , to znaczy, że jeden metr sześcienny tego drewna ma masę .
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.
Właściwości ciał stałych
R1cXdW6yKN1zq
Ciała stałe zachowują swój kształt i swoją objętość.
Zmiana kształtu ciała stałego nie wpływa na jego objętość.
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.
Budowa krystaliczna ciał stałych
R1NeCnZhMt1IR
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).
Właściwości cieczy
RZEc1YGIywsrU
Ciecze mają określoną objętość, ale nie kształt. Przyjmują kształt naczynia, w którym są umieszczone.
Na styku z innym ośrodkiem (próżnią, powietrzem, cieczą lub ścianką naczynia) ciecze tworzą określony kształt powierzchni, nazywany powierzchnią swobodną cieczy.
W stanie nieważkości powierzchnia swobodna cieczy ma kształt kuli.
Ciecze są nieściśliwe.
Ciecze zmieniają swoją objętość pod wpływem temperatury – zjawisko to nosi nazwę rozszerzalności termicznej.
Napięcie powierzchniowe
R1bnW1UoYzzP1
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.
Siłami spójności (kohezji) nazywamy oddziaływania występujące między cząsteczkami tej samej substancji.
Siły przylegania (adhezji) to oddziaływania występujące między cząsteczkami różnych substancji.
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.
Właściwości gazów
Gazy nie mają swojego kształtu ani swojej objętości. Przybierają kształt i objętość naczynia, w którym się znajdują.
Cząsteczki gazu wypełniają całą objętość naczynia – bez względu na jego kształt.
Gazy są ściśliwe (w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy).
Ciśnienie
RLwYjcuB1pRrr
Ciśnienie to wielkość fizyczna – jest miarą siły nacisku (parcia) na jednostkę powierzchni; oznaczamy je małą literą .
Aby obliczyć wartość ciśnienia, należy siłę nacisku działającą prostopadle do powierzchni podzielić przez pole powierzchni , na którą ta siła działa. Ciśnienie siła nacisku (parcie) / pole powierzchni; .
Jednostką podstawową ciśnienia w układzie SI jest paskal ; .
Ciśnienie gazów i cieczy mierzymy za pomocą manometrów.
Ciśnienie hydrostatyczne
Re5jCk7KNcmAY
Ciśnienie hydrostatyczne spowodowane jest ciężarem cieczy znajdującej się w spoczynku; zależy od wysokości słupa cieczy i od jej gęstości.
Ciśnienie hydrostatyczne obliczamy ze wzoru: gdzie: – ciśnienie cieczy; – gęstość cieczy; – przyspieszenie ziemskie; – wysokość słupa cieczy.
Ciśnienie atmosferyczne
R1VdMWLBhxk6k
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.
Do pomiarów ciśnienia atmosferycznego służą barometry.
Prawo Pascala
RYNEw9wyTJjsx
prawo Pascala
Reguła: prawo Pascala
Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub tego gazu.
Mówimy, że ciśnienie zewnętrzne wywierane na płyn rozchodzi się we wszystkich kierunkach jednakowo.
Zastosowanie prawa Pascala
R3NhB2PWJ3arA
Prawo Pascala znalazło szerokie zastosowanie w konstrukcji pras, podnośników, pomp hydraulicznych i układów hamulcowych.
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.
Wartość siły uzyskanej za pomocą prasy jest tyle razy większa od zewnętrznej siły działającej na tłok, ile razy powierzchnia większego tłoka jest większa od powierzchni mniejszego tłoka; .
Prawo Archimedesa
R1M7CKoTUnsAq
prawo Archimedesa
Reguła: prawo Archimedesa
Na każde ciało zanurzone w cieczy (gazie) działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa pod względem wartości ciężarowi wypartej cieczy (gazu).
Dowód
Wartość siły wyporu zależy od gęstości cieczy (gazu) oraz od objętości wypartego płynu lub gazu. Siłę wyporu oblicza się za pomocą wzoru:
Ciało unosi się na dowolnej głębokości w cieczy bądź gazie
Ciało unosi się na powierzchni cieczy (częściowo zanurzone)
Siła ciężkości ma wartość większą od siły wyporu działającej na ciało.
Siła ciężkości ma taką samą wartość jak siła wyporu działająca na ciało.
Siła ciężkości równa jest sile wyporu.
Gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy lub gazu.
Gęstość ciała jest równa gęstości cieczy albo gazu.
Gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy lub gazu.
Zadania
Ćwiczenie 1
RsZLz6cW9bXgP
RIezCi124m6KY
Ćwiczenie 2
Polecenie 1
Jak nazywa się zjawisko, dzięki któremu kropla atramentu wpuszczona do nieruchomej wody po pewnym czasie zabarwia ją w całości? Opisz, jak ono przebiega. Co należy zrobić, aby cała woda zabarwiła się szybciej?
R297PHj1ZPmNW
Zjawisko to dyfuzja. Aby przyspieszyć rozchodzenie się atramentu w wodzie, należy wprowadzić ją w ruch np. mieszając łyżeczką.
Polecenie 2
Balon pasażerski unosi się w powietrzu i tkwi nieruchomo na jednej wysokości. Jak zachowa się balon, gdy pasażerowie wyrzucą z kosza część balastu? Odpowiedź uzasadnij używając między innymi takich pojęć jak: siła ciążenia, siła wyporu powietrza, równowaga sił.
R1WZdCbyqKPnz
Gdy pasażerowie rozpoczną wyrzucanie balastu z kosza to siła ciążenia zmaleje, co sprawi że równawaga sił zostanie zachwiania na korzyść siły wyporu. Balon zacznie poruszać się ruchem jednostajnie przyspieszonym do góry.
Ćwiczenie 3
W poniższej tabeli umieszczono wartości gęstości wybranych ciał stałych, cieczy i gazów.
Wartości gęstości wybranych ciał stałych, cieczy i gazów
Stan skupienia
Materiał
Gęstość
Ciało stałe
drewno dębu
od do
mosiądz
od do
ołów
stal nierdzewna
złoto
lód
Ciecze
benzyna
eter
gliceryna
nafta
oliwa
rtęć
woda destylowana
Gazy
argon
chlor
hel
powietrze
tlen
wodór
R3dCoNRkxoSov
Łączenie par. Korzystając z powyższej tabeli, oceń prawdziwość stwierdzeń. Przy każdym zdaniu w tabeli zaznacz „Prawda” albo „Fałsz”.. Stalowa kulka utonie w rtęci.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Kropla gliceryny utonie w wodzie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Balonik z tlenem uniesie się do góry w zbiorniku wypełnionym chlorem.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Kostka lodu pływa na powierzchni benzyny.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Kropla oliwy pływa po powierzchni nafty.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Balonik z argonem unosi się w powietrzu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Dębowa listewka może utonąć w eterze.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. W zbiorniku wypełnionym wodorem balonik z helem opadnie na dno.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Łączenie par. Korzystając z powyższej tabeli, oceń prawdziwość stwierdzeń. Przy każdym zdaniu w tabeli zaznacz „Prawda” albo „Fałsz”.. Stalowa kulka utonie w rtęci.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Kropla gliceryny utonie w wodzie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Balonik z tlenem uniesie się do góry w zbiorniku wypełnionym chlorem.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Kostka lodu pływa na powierzchni benzyny.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Kropla oliwy pływa po powierzchni nafty.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Balonik z argonem unosi się w powietrzu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Dębowa listewka może utonąć w eterze.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. W zbiorniku wypełnionym wodorem balonik z helem opadnie na dno.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Korzystając z powyższej tabeli, oceń prawdziwość następujących stwierdzeń:
Prawda
Fałsz
Stalowa kulka utonie w rtęci.
□
□
Kropla gliceryny utonie w wodzie.
□
□
Balonik z tlenem uniesie się do góry w zbiorniku wypełnionym chlorem.
□
□
Kostka lodu pływa na powierzchni benzyny.
□
□
Kropla oliwy pływa po powierzchni nafty.
□
□
Balonik z argonem unosi się w powietrzu.
□
□
Dębowa listewka może utonąć w eterze.
□
□
W zbiorniku wypełnionym wodorem balonik z helem opadnie na dno.
□
□
Ćwiczenie 4
R6gk6tmDKUD2g
Wskazówka
Pamiętaj o przeliczeniu litrów na metry sześcienne.
Ćwiczenie 5
W tablicach fizycznych można znaleźć informację, że cząsteczki powietrza w temperaturze pokojowej poruszają się z szybkością około . Po jakim czasie teoretycznie powinniśmy poczuć zapach perfum z opakowania otwartego w odległości metrów? Dlaczego w rzeczywistości czas ten jest znacznie dłuższy? Odpowiedź zapisz w polu poniżej.
R1Rw5vxbZL3C4
Pamiętaj, że wzór na prędkość w ruchu jednostajnym to:
Korzystając z wzoru na drogę:
Teoretycznie poczulibyśmy zapach po , jednakże cząsteczki spotykają na swojej drodze inne cząsteczki, co sprawia, iż nie poruszają się one w linii prostej.
Polecenie 3
Ciało, którego ciężar wynosi , zanurzono w cieczy. Ciężar wypartej cieczy wyniósł . Czy ciało to będzie w tej cieczy tonąć czy – pływać? Jeśli nie utonie, to będzie całkowicie zanurzone w cieczy czy tylko częściowo? Odpowiedź uzasadnij.
RFpvVSlWBn6YN
Siła wyporu ma większą wartość niż cieżaru, dlatego będzie ciało będzie częściowo zanurzone.
Ćwiczenie 6
R1PBrbgp9GDj7
Test
RY4FVRa71Z4N5
Ćwiczenie 7
RB6yVOs376kyr
Ćwiczenie 8
RIsQITikmYzt1
Ćwiczenie 9
R1ZNnjTbtbIZd
Ćwiczenie 10
RfFlesrLyylbY
Ćwiczenie 11
Jakie właściwości ciał stałych wykorzystujemy, wykonując czynności? Przeciągnij czynność do odpowiedniej grupy. Kruchość: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej Plastyczność: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej Sprężystość: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej Elementy niepasujące do żadnej kategorii: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej
Jakie właściwości ciał stałych wykorzystujemy, wykonując czynności? Przeciągnij czynność do odpowiedniej grupy. Kruchość: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej Plastyczność: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej Sprężystość: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej Elementy niepasujące do żadnej kategorii: Możliwe odpowiedzi: 1. skakanie na trampolinie, 2. łamanie chrustu na ognisko, 3. wiązanie włosów gumką (frotką), 4. kucie żelaza, 5. kozłowanie piłki, 6. toczenie kauczukowej kulki po stole, 7. podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy), 8. rzeźbienie w gipsie, 9. gryzienie chipsów, 10. rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, 11. skoki o tyczce, 12. dekorowanie tortu masą maślaną, 13. formowania figurek z masy solnej
Jakie właściwości ciał stałych wykorzystujemy, wykonując czynności?
skoki o tyczce, toczenie kauczukowej kulki po stole, kozłowanie piłki, gryzienie chipsów, formowania figurek z masy solnej, kucie żelaza, rozdrabnianie kamieni na tłuczeń drogowy, wiązanie włosów gumką (frotką), rzeźbienie w gipsie, dekorowanie tortu masą maślaną, skakanie na trampolinie, łamanie chrustu na ognisko, podrzucanie do góry sprężynki od długopisu (dla zabawy)
Kruchość
Plastyczność
Sprężystość
Elementy niepasujące do żadnej kategorii
R1HVXZwnLMTvQ2
Ćwiczenie 12
RUOqbOsfax9ZX
Ćwiczenie 13
RN9UZcZgrvWJp
Ćwiczenie 14
RhnQnw6QfnKgF
Ćwiczenie 15
R1Jhxe5Ht5hlt
Ćwiczenie 16
RVvW49XR1QvtI
Ćwiczenie 17
Poniżej przedstawiono jednostki oraz wielkości fizyczne. Połącz jednostkę z odpowiednią wielkością fizyczną. Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie
Poniżej przedstawiono jednostki oraz wielkości fizyczne. Połącz jednostkę z odpowiednią wielkością fizyczną. Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie
Dobierz jednostkę do wielkości fizycznej.
gęstość, objętość, masa, ciśnienie, parcie
N
Pa
kg
RhjUHX2HSp69K
Ćwiczenie 18
3
Ćwiczenie 19
Odczytaj informacje podane na rysunku i oblicz ciśnienie płynu w punktach A i B.
R1OXfuTspTVxk
R83oKv7NX5cQJ
2
Ćwiczenie 20
Na rysunku przedstawiono schematycznie układ atomów w ciałach o różnych stanach skupienia. Dokończ zdanie, wybierając poprawną odpowiedź. Rysunki oznaczone cyframi , , przedstawiają modele budowy: