Właściwości fizyczne ciał

Definicje: żeby było wiadomo, o czym mówimy

Ciałami nazywamy obiekty wokół nas, na przykład stół, kulka z plasteliny, napój. Ciało jest stworzone z substancji, która z kolei może występować w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym.

Napój (ciało) może być zrobiony z wody (substancja), a ta może istnieć jako lód (ciało stałe), woda płynna (ciecz) lub jako para wodna (gaz).

 

Ciała stałe

Badając właściwości ciał stałych (czyli ciał w stałym stanie skupienia), możemy wyróżnić ich cztery charakterystyczne cechy:

1. kruchość,

2. sprężystość,

3. plastyczność,

4. ciągliwość.

Podejrzewam, że intuicyjnie wiecie o co chodzi.

Na lekcjach, a także na kółku sprawdzaliśmy między innymi kruchość nitki makaronu spaghetti. Okazuje się, że łamie się ono w interesujący sposób. Dość długo pozostaje sprężyste (czyli powraca do stanu sprzed wygięcia), ale w pewnym momencie pęka. I to nie na dwa kawałki, ale na trzy, cztery, czasem nawet pięć i więcej!

 

Ciecze i gazy

Tym razem nie będziemy podawać wszystkiego na tacy. Żeby odkryć właściwości fizyczne cieczy i gazów, poprosimy cię o wykonanie kilku eksperymentów i wpadnięcie na pomysł co one oznaczają. Możesz stworzyć własne nazwy na właściwości, które odkryjesz - tu najbardziej liczy się

Eksperyment 1

Rekwizyty: balony, woda z kranu.

Nadmuchaj balon do kształtu, jaki masz ochotę. Popatrz jak wygląda. Weź drugi identyczny balon i nalej do niego tyle wody, by wyglądał jak ten pierwszy.

Co możesz powiedzieć o kształcie jaki przybiera woda (ciecz), a tym, ktory przybiera powietrze (gaz)? Jakie dostrzegasz różnice między dwoma balonami?

 

Eksperyment 2

Rekwizyty: strzykawka, woda

Jeśli masz w domu strzykawkę, koniecznie ją teraz weź! Aha, tylko bez igły!

Odciągnij tłok strzykawki i zatkaj wylot palcem. Teraz zacznij pchać tłok. Co się dzieje?

Nabierz do strzykawki wody, tak by zajmowała całą jej objętość. Powietrze wypuść naciskając delikatnie na tłok, aż woda zacznie wylatywać. Zatkaj wylot palem i ponownie zacznij pchać tłok. Co się dzieje teraz?

Jaka jest różnica w ściskaniu wody (cieczy), a powietrza (gazu)? Ciałą znajdujące się tylko w jednym z tych dwoch stanów skupienia są ściśliwe. Po wykonaniu eksperymentów na pewno wiesz już które.

Eksperyment 3

Rekwizyty: dowolna butelka po napoju z przezroczystymi ściankami, woda

Sprawdź jaka jest objętość twojej butelki odczytując jej etykietę. Zabierz trochę powietrza z pustej butelki wciągając je do płuc i szybko zakręć. Butelka się nieco wgniecie, bo w środku jest teraz mniej powietrza, niż na zewnątrz. Większy zgniata więc mniejszego! Więcej o tym dowiemy się później, w dziale dotyczącym sił w przyrodzie. Teraz jednak chodzi o coś innego.

Obróć szybkim ruchem butelkę do góry nogami. Co się stało z powietrzem? Czy gdzieś jest go więcej, a gdzieś mniej? A jeżeli obrócisz ją jeszcze raz? Czy wgniecenie butelki samo się przemieszcza?

Nalej teraz do butelki wody, mniej więcej do połowy. Zakręć butelkę i zacznij ją przekręcać. Co się dzieje z wodą? Co możesz powiedzieć o kształcie, jaki przyjmuje woda, a co o jej objętości?

Na razie tyle! Zbierz w całość zdobyte w powyższych eksperymentach informacje. Wypisz sobie, które właściwości są wspólne dla gazów i cieczy, a które nie.

Zmiany stanów skupienia

Wiemy, że substancje mogą zmieniać swoje stany skupienia. Jakoś trzeba je nazwać, zatem: proszę bardzo!

To nie wszystko. Masz kostkę lodu? Włóż ją do szklanki, obejrzyj poniższe filmy, a potem spójrz na nią ponownie.

• Sublimacja i resublimacja jodu
• Resublimacja pary wodnej: szron
• Suchy lód
• Zestalanie azotu

Twoja kostka pewnie już nieźle się rozpuściła. Ale czy parowała? Chyba nie, bo woda paruje przecież w 100 stopniach Celsjusza. Ale czy tylko? Zostaw na swoim biurku kroplę wody i sprawdź czy będzie na swoim miejscu po godzinie.

Plazma

Można mówić także o czwartym stanie skupienia, czyli plaźmie. Plazma to zjonizowany gaz. Zjonizowany, to znaczy taki, którego cząsteczki zostały tak rozdzielone, że mogą oddziaływać elektrycznie. To właśnie dlatego widzimy świecące "nitki" w kuli plazmowej.

Taki zjonizowany gaz jest też przyczyną, dla której widzimy zorze polarne. Trzeba spełnić jednak jeszcze jeden warunek: być blisko biegunów magnetycznych Ziemi. Dopiero wtedy zobaczymy niezwykłe zjawisko - tak, jak na filmie z życzeniami świątecznymi od Centrum Nauki Kopernik

 


Rozszerzalność temperaturowa ciał

Uczniowie klasy III d Olek i Maciek sfilmowali prosty eksperyment, który pokazuje, że ciała stałe zmieniają się pod wpływem temperatury.

Także gazy są wrażliwe na zmiany temperatury. Ta wrażliwość jest tym większa, im bardziej zmienia się temperatura. Na poniższym filmie można zobaczyć jak zachowają się balony dmuchane powietrzem, gdy schłodzi się je do temperatury wrzenia ciekłego azotu, która wynosi około -200 stopni Celsjusza (nie ma tu żadnej pomyłki! Pokażemy sobie w przyszłości dlaczego temperatura wrzenia może występować w tak zwariowanie niskich temperaturach).