15. Od kwarków do galaktyk. Sprawdzian wiedzy i umiejętności

Przed przystąpieniem do rozwiązywania zadań w tym materiale, należy znać zagadnienia dotyczące budowy i właściwości materii, ciśnienia, prawa Pascala i Archimedesa oraz pomiarów we Wszechświecie. Można je znaleźć w poniższych materiałach:

Budowa atomu wodoru. Stan podstawowy i stany wzbudzone
Cząsteczkowa budowa materiiDNhiDDiszCząsteczkowa budowa materii
Podsumowanie wiadomości o właściwościach materiiDTZMkebkkPodsumowanie wiadomości o właściwościach materii
Budowa i właściwości ciał stałych. Budowa krystalicznaDHeorNWw2Budowa i właściwości ciał stałych. Budowa krystaliczna
Budowa i właściwości cieczy. Zjawisko napięcia powierzchniowegoDr6d4xDfwBudowa i właściwości cieczy. Zjawisko napięcia powierzchniowego
Budowa cząsteczkowa i właściwości fizyczne gazówDyvyuVsRmBudowa cząsteczkowa i właściwości fizyczne gazów
Wyznaczanie gęstości materiiD10ul8WR2Wyznaczanie gęstości materii
Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi i linijkiDhLZzD9wMWyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi i linijki
Prawo PascalaDu4QqoBeoPrawo Pascala
Prawo ArchimedesaDk0S5VORAPrawo Archimedesa
Ciśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczneD1EJ4ROjfCiśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne
Jak wyznaczamy odległości we Wszechświecie?

Ćwiczenie 1

Na podstawie poniższego modelu przedstawiającego atom, zdecyduj, jakie cząstki mogą znajdować się we wskazanych miejscach.

RE2GtyPkl3IM0

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RRdrT6psV9X16

RglcIEmOlu8Xh

Ćwiczenie 2

Wybierz prawidłową ilość sposobów jakimi elektron może przejść z orbity 3, na poziom podstawowy.

jeden, dwa, trzy, cztery

Wzbudzony atom wodoru znajdujący się na trzecim poziomie energetycznym może przejść na poziom podstawowy na ............ sposób/sposoby.

RYkoWpw0PHN9y

Ćwiczenie 3

Do naczyń nalano różnych cieczy, a następnie zanurzono w nich dwie kule o jednakowej masie i objętości, tak jak na rysunku poniżej.

Ćwiczenie 4

RrpttL2hp93sQ

Ilustracja przedstawia schemat wagi na białym tle. Na ramionach zamiast szalek zawieszono ciężary. Ciężary zwisające z ramion wagi zanurzone są w różnych cieczach, znajdujących się w identycznych naczyniach. Ciało A znajduje się w naczyniu jeden, zawierającym niebieską ciecz. Ciało B znajduje się w naczyniu dwa, zawierającym czerwoną ciecz. Waga przechylona jest na stronę ciała A. Od osi wokół której przechylają się ramiona poprowadzono prostopadły wektor. Widać, że nie pokrywa się z pionowym statywem wagi. — Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

R18lgmAUy9qMI

Łączenie par. Oceń prawdziwość poniższych zdań. Przy każdym zdaniu w tabeli zaznacz „Prawda” albo „Fałsz”.. Gęstość cieczy

I

jest większa od gęstości cieczy

II

.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Siła wyporu działająca na kulę

A

jest mniejsza od siły wyporu działającej na kulę

B

.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Na kulkę

A

działa większa siła ciężkości.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

R58vCqstrwMai

Ćwiczenie 5

RIsQITikmYzt1

Ćwiczenie 6

Jeśli ciało przeniesiemy z Ziemi na Księżyc, to zmianie ulegnie:

tylko ciężar tego ciała.
masa, gęstość i ciężar ciała.
masa i ciężar tego ciała.
masa i gęstość ciała.
tylko masa ciała.
tylko gęstość tego ciała.

RN9UZcZgrvWJp

Ćwiczenie 7

Czy można zobaczyć parę wodną?

Nie, ponieważ para wodna jest gazem bezbarwnym.
Tak, widzimy ją w postaci chmur i mgły.
Tak, widzimy ją na zaparowanej szybie lub lustrze.
Tak, widzimy ją w postaci dymku wydobywającego się spod pokrywki garnka.

Ćwiczenie 8

Kostkę (czystego) metalu najpierw zważono, otrzymując masę $235, 51 g$ , a następnie zanurzono w menzurce z wodą. Odczytaj z rysunku objętość wody wypartej przez kostkę, a następnie wykonaj zadania pod rysunkiem.

R14HRws1sf5Qw

Ilustracja przedstawia na białym tle: sześcian i dwie zlewki. Zlewki są wypełnione cieczą. Od zlewki pierwszej do drugiej prowadzi pozioma strzałka. Metalowy sześcian znajduje się poza zlewką z lewej strony pierwszej zlewki, a poziom wody wynosi dwadzieścia pięć centymetrów sześciennych. W drugiej zlewce oprócz wody jest sześcian i poziom wody jest wyższy i wynosi czterdzieści centymetrów sześciennych. Sześcian jest całkowicie zanurzony. — Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Rb0ZXt3GBZE8p

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

RVvW49XR1QvtI

Ćwiczenie 9

Poniżej przedstawiono jednostki oraz wielkości fizyczne. Połącz jednostkę z odpowiednią wielkością fizyczną.

\frac{kg}{m^{3}}

Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie

N

Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie

Pa

Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie

kg

Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie

m^{3}

Możliwe odpowiedzi: 1. objętość, 2. masa, 3. gęstość, 4. ciśnienie, 5. parcie

Dobierz jednostkę do wielkości fizycznej.

gęstość, objętość, masa, ciśnienie, parcie

$\frac{kg}{m^{3}}$
N
Pa
kg
$m^{3}$

R1PuDQVc6ZCzl

Ćwiczenie 10

Które zakończenia zdania jest prawdziwe, a które fałszywe? Klocek drewniany pływa częściowo zanurzony, gdy…

	Prawda	Fałsz
Gęstość drewna, z którego wykonano klocek, jest równa gęstości wody.	□	□
Gęstość drewna, z którego wykonano klocek, jest mniejsza od gęstości wody.	□	□
Gęstość klocka jest większa niż gęstość wody, w której jest zanurzony.	□	□

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

R1WoDCjQTmx5t

Ćwiczenie 11

Jaki jest stan skupienia lodu?

Stały.
Ciekły.
Gazowy.
Nie ma ustalonego stanu skupienia.
Stan skupienia lodu zależy od temperatury.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

RjhctfflDqfm1

Ćwiczenie 12

Łączenie par. Które z poniższych twierdzeń są prawdziwe, a które fałszywe? Przy każdym zdaniu w tabeli zaznacz „Prawda” albo „Fałsz”. . Ciecze są ściśliwe.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Gazy są ściśliwe.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Rozlana woda nie rozpada się na cząsteczki dzięki siłom spójności.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Ciała stałe mają sprężystość kształtu i objętości.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz.

1

litr wody naciska na dno naczynia siłą

10 N

niezależnie od kształtu naczynia.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Ciśnienie jakie człowiek wywiera na podłoże jest takie samo zarówno wtedy, gdy stoi on na jednej nodze, jak i na dwóch nogach.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Gdy kawałek plasteliny w kształcie walca zamienimy w kulę, to jego objętość zmaleje.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Ciecze nie mają określonego kształtu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Chmury to widoczna para wodna.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Które z poniższych twierdzeń są prawdziwe, a które fałszywe?

	Prawda	Fałsz
Ciecze są ściśliwe.	□	□
Gazy są ściśliwe.	□	□
Rozlana woda nie rozpada się na cząsteczki dzięki siłom spójności.	□	□
Ciała stałe mają sprężystość kształtu i objętości.	□	□
1 litr wody naciska na dno naczynia siłą 10 N niezależnie od kształtu naczynia.	□	□
Ciśnienie jakie człowiek wywiera na podłoże jest takie samo zarówno wtedy, gdy stoi on na jednej nodze, jak i na dwóch nogach.	□	□
Gdy kawałek plasteliny w kształcie walca zamienimy w kulę, to jego objętość zmaleje.	□	□
Ciecze nie mają określonego kształtu.	□	□
Chmury to widoczna para wodna.	□	□

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

R1N2gvPnUoUr9

Ćwiczenie 13

Korzystając z informacji podanych w treści zadania i praw fizyki, wykonaj odpowiednie obliczenia i wskaż wszystkie prawidłowe odpowedzi.

Na dużym tłoku podnośnika hydraulicznego umieszczono towar o masie 600 kg. Jak dużą powierzchnię miał ten tłok, jeśli siła 300 N działająca na mały tłok unosi towar do góry? Powierzchnia małego tłoka jest równa 25 ${cm}^{2}$ .

500 ${cm}^{2}$
0,05 $m^{2}$
5 ${dm}^{2}$
50 ${cm}^{2}$
0,5 $m^{2}$
0,005 $m^{2}$
12,5 ${cm}^{2}$
500 $m^{2}$
12,5 $m^{2}$

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

R1OUuj02A7cv5

Ćwiczenie 14

Które wypowiedzi charakteryzują ciecze, a które gazy lub ciała stałe? Dopasuj podane właściwości do odpowiedniej grupy przeciągając je lub wejdź w pole i wybierz odpowiednie elementy grupy z listy rozwijalnej. gazy Możliwe odpowiedzi: 1. ich cząsteczki poruszają się swobodnie i chaotycznie, 2. nie mają ustalonego kształtu i objętości, 3. mogą być kruche lub plastyczne, 4. są ściśliwe, 5. ich cząsteczki leżą blisko siebie, ale mogą się przemieszczać, 6. ich cząsteczki są daleko od siebie, 7. ich cząsteczki leżą blisko siebie, nie mogą się przemieszczać, tylko drgają, 8. nie mają ustalonego kształtu, tylko objętość, 9. ich cząsteczki tworzą uporządkowaną siatkę, 10. obserwuje się w nich zjawisko napięcia powierzchniowego, 11. mają ustalony kształt i objętość, 12. wypełniają całą dostępną objętość naczynia, 13. tworzą powierzchnię swobodną ciecze Możliwe odpowiedzi: 1. ich cząsteczki poruszają się swobodnie i chaotycznie, 2. nie mają ustalonego kształtu i objętości, 3. mogą być kruche lub plastyczne, 4. są ściśliwe, 5. ich cząsteczki leżą blisko siebie, ale mogą się przemieszczać, 6. ich cząsteczki są daleko od siebie, 7. ich cząsteczki leżą blisko siebie, nie mogą się przemieszczać, tylko drgają, 8. nie mają ustalonego kształtu, tylko objętość, 9. ich cząsteczki tworzą uporządkowaną siatkę, 10. obserwuje się w nich zjawisko napięcia powierzchniowego, 11. mają ustalony kształt i objętość, 12. wypełniają całą dostępną objętość naczynia, 13. tworzą powierzchnię swobodną ciała stałe Możliwe odpowiedzi: 1. ich cząsteczki poruszają się swobodnie i chaotycznie, 2. nie mają ustalonego kształtu i objętości, 3. mogą być kruche lub plastyczne, 4. są ściśliwe, 5. ich cząsteczki leżą blisko siebie, ale mogą się przemieszczać, 6. ich cząsteczki są daleko od siebie, 7. ich cząsteczki leżą blisko siebie, nie mogą się przemieszczać, tylko drgają, 8. nie mają ustalonego kształtu, tylko objętość, 9. ich cząsteczki tworzą uporządkowaną siatkę, 10. obserwuje się w nich zjawisko napięcia powierzchniowego, 11. mają ustalony kształt i objętość, 12. wypełniają całą dostępną objętość naczynia, 13. tworzą powierzchnię swobodną

Które wypowiedzi charakteryzują ciecze, a które gazy lub ciała stałe?

ich cząsteczki leżą blisko siebie, nie mogą się przemieszczać, tylko drgają, tworzą powierzchnię swobodną, ich cząsteczki są daleko od siebie, ich cząsteczki tworzą uporządkowaną siatkę, ich cząsteczki poruszają się swobodnie i chaotycznie, mają ustalony kształt i objętość, obserwuje się w nich zjawisko napięcia powierzchniowego, mogą być kruche lub plastyczne, ich cząsteczki leżą blisko siebie, ale mogą się przemieszczać, nie mają ustalonego kształtu i objętości, są ściśliwe, wypełniają całą dostępną objętość naczynia, nie mają ustalonego kształtu, tylko objętość

gazy
ciecze
ciała stałe

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 15

Oblicz wartość ciśnienia hydrostatycznego panującego u podstawy tamy wodnej na głębokości $10$ metrów pod wodą. Gęstość wody wynosi $1000 \frac{kg}{m^{3}}$ .

R1a1em4b49rOS

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Skorzystaj ze wzoru na ciśnienie hydrostatyczne: $p = ρ g h$

Podstawiamy wartości liczbowe do wzoru na ciśnienie hydrostatyczne: $p = ρ g h$
$p = 1000 \frac{kg}{m^{3}} \cdot 10 \frac{m}{s^{2}} \cdot 10 m = 100000 Pa = 1000 hPa$

$p = 1000 hPa$ .

Ćwiczenie 16

RANYJc2XH0UKB

Ilustracja przedstawiająca tamę. Tama ma kształt prostopadłościanu w kolorze niebieskim z szarymi pasami przy górnej i dolnej krawędzi. Na rysunku oznaczono wysokości i długość całej bryły oraz części oznaczonych kolorami. Długość tamy to sto metrów. Wysokość całej tamy to dziesięć metrów, w tym zawierają się dwa pasy o szerokości jeden metr, znajdujące się na górze i dole tamy. Wymiary zaznaczono jak na rysunkach technicznych, przy strzałkach z grotami dotykającymi przedłużeń krawędzi prostopadłych do krawędzi wymiarowanych. — Ilustracja do zadania
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aby obliczyć wartość siły parcia na daną powierzchnię, mnożymy wartość ciśnienia przez powierzchnię.

Jaką wartość ciśnienia należałoby wstawić do wzoru przy obliczaniu parcia na wysokości środka tamy widocznej na rysunku powyżej?
Oblicz parcie wywierane przez wodę na szare pasy wskazane na rysunku, na wysokości środków tych pasów.

Pasy mają wysokość $1 m$ , a cała tama – $10 m$ . Szerokość tamy wynosi $100 m$ (patrz: rysunek nad poleceniem). Przyjmij, że tafla wody znajduje się na wysokości górnej krawędzi tamy.

Wskazówka

Uwzględnij zależność ciśnienia od głębokości.

Przy obliczaniu parcia na powierzchnię pionową, należy brać pod uwagę ciśnienie na wysokości środka geometrycznego tej powierzchni. Uwaga: w ogólności wysokość ta nie jest równa głębokości cieczy (słupa cieczy).

RSDjnau88E7jA

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Zależność ciśnienia od wysokości słupa cieczy to $p = ρ g h$ , gdzie:

$p$ – ciśnienie hydrostatyczne na głębokości $h$ , która na wysokości środka tamy wynosi $5 m$ ,
$ρ$ – gęstość cieczy (w naszym przypadku wody, ok. $1000 \frac{kg}{m^{3}}$ ),
$g$ – przyspieszenie ziemskie (ok. $10 \frac{m}{s^{2}}$ ).
Mamy zatem:
$p = 1000 \frac{kg}{m^{3}} \cdot 10 \frac{m}{s^{2}} \cdot 5 m = 50 \cdot 1000 Pa = 50 MPa$

Siła parcia na powierzchnię wynosi $F = \frac{p}{S}$ , gdzie:

$p$ – ciśnienie hydrostatyczne (które należy obliczyć na podstawie wzoru z punktu 1.),
$S$ – pole powierzchni na którą działa siła parcia.

Tak więc parcie na górny pas tamy wynosi $F_{1} = \frac{1000 \frac{kg}{m^{3}} \cdot 10 \frac{m}{s^{2}} \cdot 0, 5 m}{100 m^{2}} = 50 \frac{Pa}{m^{2}} = 50 N$ , natomiast na dolny $F_{2} = \frac{1000 \frac{kg}{m^{3}} \cdot 10 \frac{m}{s^{2}} \cdot 9, 5 m}{100 m^{2}} = 950 \frac{Pa}{m^{2}} = 0, 95 MN$

$p = 50 MPa$
$F_{1} = 50 N$ ,
$F_{2} = 0,95 M N$ .

Ćwiczenie 17

Gęstość świeżego śniegu wynosi $20 \frac{kg}{m^{3}}$ , natomiast zleżałego – $400 \frac{kg}{m^{3}}$ . Jak i o ile zmieni się objętość $100 kg$ świeżego śniegu, gdy zamieni się on w śnieg zleżały?

R1bOHeXIRXFhS

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Obliczając objętość śniegu skorzystaj ze wzoru: $V = \frac{m}{ρ}$

Objętość $100 kg$ świeżego śniegu o gęstości $20 \frac{kg}{m^{3}}$ wyniesie $V = \frac{100 kg}{20 \frac{kg}{m^{3}}} = 5 m^{3}$ .
Zamieniając się w śnieg zleżały, jego objętość zmaleje 20‑krotnie, do $V = \frac{100 kg}{400 \frac{kg}{m^{3}}} = 0, 25 m^{3}$ , co daje nam różnicę w objętości o wartośći: $5 m^{3} - 0, 25 m^{3} = 4, 75 m^{3}$ .

Objętość śniegu zmieni się dwudziestokrotnie, malejąc o $4, 75 m^{3}$ .

R58vCqstrwMai

Ćwiczenie 18

R1XBDTITArEl6

Ćwiczenie 19

Łączenie par. Oceń prawdziwość poniższych zdań. Przy każdym zdaniu w tabeli zaznacz „Prawda” albo „Fałsz”.. Gęstość cieczy

I

jest większa od gęstości cieczy

II

.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Siła wyporu działająca na kulę

A

jest mniejsza od siły wyporu działającej na kulę

B

.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Na kulkę

A

działa większa siła ciężkości.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.