Ciało fizyczne to organizmy żywe i martwe. Miarą oddziaływania wzajemnego ciał jest siła. Oddziaływania dzieli się na magnetyczne, grawitacyjne, elektryczne, sprężyste. Skutki oddziaływania mogą być statyczne (zmiana kształtu lub dynamiczne (ruch, zatrzymanie, zmiana kierunku). Co to jest wzajemność oddziaływania? Chodzi o to, że gdy ciało A oddziaływuje na ciało B to jednocześnie ciało B oddziaływuje na ciało A. Różne ciała znajdują się w różnym stanie skupienia: ciecze to np. woda, gazy - np. tlen (Uwaga! Powietrze nie jest gazem tylko mieszaniną gazu!), oraz ciała stałe - np. drewno.
Właściwości cieczy
nie mają kształtu
są nieściśliwe (trudno ściśliwe)
mają objętość
górna powierzchnia cieczy to powierzchnia swobodna
przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują
Właściwości ciał stałych
mają ciężar
mają kształt
mają objętość
objętość nie zależy od kształtu naczynia
są nieściśliwe
Ciała stałe można podzielić na sprężyste, plastyczne i kruche.
Właściwości gazów
nie mają kształtu
są ściśliwe i rozprężliwe (łatwo można zmienić ich objętość)
Rozszerzalność cieplna to zwiększenie objętości cieczy, gazów i ciał stałych pod wpływem ogrzewania. Efekt ten najbardziej widoczny jest u gazów, a najmniej u ciał stałych. Zjawisko rozszerzalności cieplnej cieczy wykorzystuje się w termometrach, a ciał stałych np. w tzw. zębatkach na mostach.
Podczas ciepłych dni substancja z której wykonany
jest most rozszerza się co powoduje zachodzenie na
siebie ząbków. Zapobiega to deformacji mostu.
Ciała, ciecze i gazy pod wpływem spadku temperatury kurczą się. Ciekawym przypadkiem jest woda: od temperatury 0oC do 4oC zmniejsza swoją objętość, a potem tak jak inne substancje zwiększa swą objętość pod wpływem ciepła.
Stan skupienia ciała zależy od temperatury.
Topnienie to zmiana stanu skupienia substancji ze stanu ciala stałego w stan ciekły. Ciała krystaliczne topią się tylko w ściśle określonej temperaturze, natomiast ciała bezpostaciowe - w pewnym zakresie temperatur. Podczas procesu topnienia temperatura ciała się nie zmienia.
Ciepło topnienia określamy następującym wzorem (Uwaga! Ciepło topnienia to zupełnie coś innego niż temperatura topnienia!)
ciepło topnienia [ j / kg ]= ciepło / masa
Krzepnięcie to zmiana stanu skupienia z ciekłego na stały. Temperatura krzepnięcia danej substancji jest równa jej temperaturze topnienia. Podczas krzepnięcia temperatura ciała się obniża. W czasie tego procesu zawsze następuje zmiana objętości ciała. Zazwyczaj objętość się zmniejsza, a co za tym idzie gęstość się zwiększa. Takie właściwości ma większość metali i ciał organicznych. W niektórych substancjach objętość przy krzepnięciu rośnie. Są to np. woda, żelazo, bizmut czy stopy metaliczne.
Parowanie zachodzi w każdej temperaturze i na powierzchni cieczy. Ciecze parują w każdej temperaturze. Czy widzieliście gdy w upalny dzień tuż po deszczu parował asfalt? Tak naprawdę, to parowała woda. Szybkość parowania zależy od rodzaju cieczy, wielkości powierzchni swobodnej i warunków otoczenia.
Wrzenie to gwałtowne parowanie zachodzące w całej objętości cieczy w temperaturze wrzenia. Temperatura wrzenia zależy od rodzaju cieczy, np. dla wody wynosi 100oC.
Każde ciało fizyczne składa się z cząsteczek, których wielkość zależy od substancji, z której wykonane jest dane ciało. Cząsteczki są w nieustanym ruchu.
Budowa ciał stałych
Ciała stałe dzielimy na:
Krystaliczne - atomy, czątki lub jony z których zbudowane jest ciało, rozmieszczone są w sposób regularny.
Bezpostaciowe (amorficzne) - cząstki rozmieszczone są w sposób nieuporządkowany, jednak bardzo gęsto.
Siły spójności w ciałach stałych są bardzo duże. Dlatego są nieściśliwe i trudno zmienić ich kształt.
Budowa gazów
Oddziaływanie między cząsteczkami gazu jest bardzo małe. Dlatego gazy są łatwo ściśliwe i rozprężliwe. Częsteczki poruszają się z bardzo dużą prędkością (np. Tlen - 1660 km/h), ale chaotycznie. Prędkość ta zależy od temperatury gazu. Wraz ze wzrostem temperatury, rośnie także prędkość cząsteczek.
Budowa cieczy
W cieczach działają wewnetrzne siły przyciągania między cząsteczkami. Dlatego krople mają kulisty kształt. Cząsteczki cieczy rozmieszczone są bardzo często. W cieczach także mają miejsce częste zderzenia między cząsteczkami, dlatego też ruch cząsteczek jest chaotyczny. Jednak dyfuzja zachodzi wolniej niż w gazach. Ciecze zawsze wypełniają dolną część naczynia.
Dyfuzja - samoczynne mieszanie się cząsteczek gazu lub cieczy. Zjawisko to jest spowodowane tym, że cząsteczki nieustannie zderzają się ze siebią, a także ze ściankami naczynia w którym znajduje się gaz.
Siła to wielkość fizyczna określająca wielkość oddziaływania. Jest to wielkość wektorowa, co oznacza, że ma wartość, kierunek i zwrot. Siłę można zmieżyć dynamometrem (siłomierzem). Jednostką siły jest niuton, oznaczany literą 'N'.
Dwie siły o przeciwnych zwrotach, działające na ciało wzdłuż linii prostej równoważą.
Siła wypadkowa, to siła, która 'zastępuje' kilka innych sił.
Wypadkowa sił działających wzdłuż jednej linii prostej o takich samych zwrotach jest równa sumie sił składowych. Zwrot tej siły jest taki sam jak sił składowych.
FW = F1 + F2 + F3
Wypadkowa dwóch sił o przeciwnych zwrotach, działających wzdłuż jednej linii prostej jest równa różnicy sił składowych, działa wzdłuż tej samej prostej i ma wzrot taki jak siła o większej wartości.
FW = F2 - F1
Wypadkowa dwóch sił działających na jeden punkt danego ciała wzdłuż różnych linii prostych to przekątna równoległoboku zbudowanego na wektorach tych sił.
Siła równoważąca dane siły, zawsze jest równa co do wartości wypadkowej tych sił, ma taki samy kierunek, lecz przeciwny zwrot.
Masa i siły grawitacyjne
Masa - miara ilości substancji.
Siła ciężkości jest proporcjonalna do masy ciała
Dwa ciała z różnych substancji mają takie same masy, jeżeli w tym samym miejscu działa na nie taka sama siła grawitacyjna.
Jednostką masy jest kg.
Gęstość ciał
Gęstość zależy od rodzaju substancji z której zbudowane jest ciało. Gęstość oznaczamy literą 'ro' lub 'd'.
masa = gęstość x objętość
gęstość = masa / objętość
Gęstość ciała zależy od sposobu ustawieniu w nim atomów, a także od temperatury i ciśnienia. Największą gęstość mają ciała stałe, najmniejsze gazy.
Hydrostatyka to nauka o cieczach w spoczynku.
Aerostatyka to nauka o gazach w spoczynku.
Prawo Pascala
Podstawowe prawo statyki płynów, które mówi, że w każdym miejscu w płynie (cieczy lub gazie) różnica ciśnienia całkowitego oraz ciśnienia hydrostatycznego (wywieranego przez własny ciężar płynu) jest taka sama.
Ciśnienie
Jednostką ciśnienia jest pascal, Pa [ N / m2 ].
Cieśnienie w naczyniu zamkniętym mierzy się za pomocą nanometra.
Ciśnienie hydrostatyczne oblicza się mnożąc wysokość słupa cieczy i gęstość cieczy.
ciśnienie = wysokość słupa cieczy x gęstość
Parcie
Parcie cieczy na dno naczynia zależy od
wielkości dna
gęstości cieczy
wysokości słupa cieczy
Kształt naczynia i całkowita objętość cieczy nie mają wpływu na wartość parcie cieczy na dno wtedy, gdy wysokość słupa cieczy w obu przypadkach jest tak sama.
We wszystkich ramionach naczyń połączonych wysokości słupów cieczy dą równe.
parcie = wysokość słupa cieczy x wielkość powierzchni x gęstość
Prawo Archimedesa
Jedno z podstawowych praw aerostatyki i hydrostatyki, w myśl którego na każde ciało ciało zanurzone w płynie (cieczy lub gazie) działa siła wyporu skierowana pionowo ku górze i równa ciężarowi płynu o objętości zanurzonej części bryły). Istnienie siły wyporu jest konsekwencją faktu, że ciśnienie w płynie zależy od głębokości.
siła wyporu = objętość cieczy x gęstość cieczy x przyspieszenie ziemskie (ok. 9.81 m / s2)
Kiedy ciało pływa?
Siła wyporu jest większa od siły cieżkości: ciało pływa na powierzchni.
Siła wyporu jest mniejsza od siły ciężkości: ciało tonie.
Siła wyporu jest równa sile ciężkości: ciało pływa zanużone w cieczy.
Ciśnienie atmosferyczne
Atmosfera Ziemska składa się z kilku warstw:
Troposfera sięgająca do 12 km.
Stratosfera od 12 do 70 km.
Jonosfera powyżej 70 km.
Powietrze wywiera na wszystkie ciała znajdujące się na Ziemi, a także na powierzchnię Ziemi ciśnienie, określane jako ciśnienie atmosferyczne. Jest ono równe co do wartości ciśnieniu słupa wody o wysokości 10m (w/g Galileusza) i ciśnieniu słupka rtęci o wysokości 76cm (w/g Torricellego).
Ciśnienie o wartości 1 kG / cm2 to 1 atmosfera techniczna.
Ciśnienie o watości 1,0336 kG / cm2 to ciśnienie atmosfery normalnej.
Wartość ciśnienia atmosferycznego wyznacza się za pomocą barometru.
Wartość ciśnienia atmosferycznego, zależy od wysokości od powierzchni Ziemi. Do wysokości 3000 m na każde 10 m przypada spadek ciśnienia 1 nm. Powyżej 3000 m spadek jest powolniejszy.
Prawo Archimedesa w odniesieniu do powietrza
Na każde ciało znajdujące się w powietrzu działają dwie siły:
Siła ciężkości skierowana w dół
Siła wyporu powietrza skierowana w górę. Jest ona równa cieżarowi wypartego przez dane ciało powietrza.
Parcie cieczy na dno naczynia zależy od
wielkości dna
gęstości cieczy
wysokości słupa cieczy
Kształt naczynia i całkowita objętość cieczy nie mają wpływu na wartość parcie cieczy na dno wtedy, gdy wysokość słupa cieczy w obu przypadkach jest tak sama.
We wszystkich ramionach naczyń połączonych wysokości słupów cieczy dą równe.
parcie = wysokość słupa cieczy x wielkość powierzchni x gęstość
Prawo Archimedesa
Jedno z podstawowych praw aerostatyki i hydrostatyki, w myśl którego na każde ciało ciało zanurzone w płynie (cieczy lub gazie) działa siła wyporu skierowana pionowo ku górze i równa ciężarowi płynu o objętości zanurzonej części bryły). Istnienie siły wyporu jest konsekwencją faktu, że ciśnienie w płynie zależy od głębokości.
siła wyporu = objętość cieczy x gęstość cieczy x przyspieszenie ziemskie (ok. 9.81 m / s2)
Kiedy ciało pływa?
Siła wyporu jest większa od siły cieżkości: ciało pływa na powierzchni.
Siła wyporu jest mniejsza od siły ciężkości: ciało tonie.
Siła wyporu jest równa sile ciężkości: ciało pływa zanużone w cieczy.
Ciśnienie atmosferyczne
Atmosfera Ziemska składa się z kilku warstw:
Troposfera sięgająca do 12 km.
Stratosfera od 12 do 70 km.
Jonosfera powyżej 70 km.
Powietrze wywiera na wszystkie ciała znajdujące się na Ziemi, a także na powierzchnię Ziemi ciśnienie, określane jako ciśnienie atmosferyczne. Jest ono równe co do wartości ciśnieniu słupa wody o wysokości 10m (w/g Galileusza) i ciśnieniu słupka rtęci o wysokości 76cm (w/g Torricellego).
Ciśnienie o wartości 1 kG / cm2 to 1 atmosfera techniczna.
Ciśnienie o watości 1,0336 kG / cm2 to ciśnienie atmosfery normalnej.
Wartość ciśnienia atmosferycznego wyznacza się za pomocą barometru.
Wartość ciśnienia atmosferycznego, zależy od wysokości od powierzchni Ziemi. Do wysokości 3000 m na każde 10 m przypada spadek ciśnienia 1 nm. Powyżej 3000 m spadek jest powolniejszy.
Prawo Archimedesa w odniesieniu do powietrza
Na każde ciało znajdujące się w powietrzu działają dwie siły:
Siła ciężkości skierowana w dół
Siła wyporu powietrza skierowana w górę. Jest ona równa cieżarowi wypartego przez dane ciało powietrza.