ФІЗИКА В ПОБУТІ, ТЕХНІЦІ, ВИРОБНИЦТВІ

Мал. 36

Ускладнення сучасного промислового виробництва, зростання взаємозв’язків між окремими підприємствами вимагають автоматизації багатьох керуючих функцій. Це можна здійснити лише за допомогою електронних автоматизованих систем управління, матеріальною основою яких є комп’ютерні технології.

Нині комп’ютери широко застосувуються в усіх сферах науки, техніки й виробництва. Вони відкрили великі можливості не тільки в царині управління виробничими процесами для побудови автоматизованих систем технологічної сфери, а й у адміністративній галузі. Комп’ютери застосовують у верстатах з програмним управлінням, за їх допомогою керують транспортними засобами, наприклад електропоїздами, літаками, кораблями, здійснюють контроль за рухом в аеропортах та на аеродромах.

Сучасні технології дають змогу створювати як мініатюрні вироби, так і величезні конструкції. Наприклад, деталь, яка легко помістилася на кульбабі (мал. 37), Південний міст через Дніпро, побудований у Києві (мал. 38).

Мал. 37

Мал. 38

Майже в усіх галузях машинобудування застосовуються автоматизовані технологічні процеси. На транспорті звичним явищем є автоматичні залізничні сортувальні станції. Поїзди без машиніста сьогодні вже реальність. В авіації багато років використовуються автопілоти. Широко використовуються автоматизовані радіолокаційні й авіанавігаційні пристрої.

Учені-астрономи використовують потужні радіотелескопи. Найцікавішими з них є РТ-70 у центрі космічної телекомунікації (м. Євпаторія, мал. 39) і РТ-22 в Криму. Радіотелескоп РТ-70 – унікальний радіо-телескоп, один з найбільших у світі. Діаметр параболічного дзеркала дорівнює 70 м. РТ-22 розташований у селищі Кацивелі, на березі Чорного моря (мал. 40). Телескоп дає змогу спостерігати Сонце, зорі, галактики в сантиметровому і міліметровому діапазонах довжин хвиль.

Мал. 38

Мал. 40

Сучасний прогрес космонавтики, радіоелектроніки, атомної енергетики, авіації, машинобудування тощо – результат досягнень у галузі виробництва штучних матеріалів: надтвердих, жароміцних, антикорозійних тощо; використання рідкісних металів та їх сплавів. Знання залежності хімічних і фізичних властивостей речовини від її фізичної структури дає можливість ученим передбачати майбутні властивості того чи іншого матеріалу і цілеспрямовано синтезувати матеріали із заздалегідь заданими механічними, магнітними, оптичними та іншими властивостями.

Важко переоцінити значення досягнень у виробництві напівпровідникових та інших матеріалів для сучасної радіоелектроніки.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Назвіть фізичні явища, на основі яких грунтується дія побутових приладів.

2. Як пов’язані між собою фізика і техніка?

3. Що дає фізика для розвитку інших наук?

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

Розв’язуємо разом

1. Виміряйте товщину аркуша книжки, на якому надруковано цю задачу.

Розв’язання. Виміряти товщину одного окремо взятого аркуша не вдасться – ця товщина надто мала. Можна, наприклад, виміряти загальну товщину аркушів з 1-ї по 100-ту сторінки включно, а потім отримане значення поділити на 50 (адже на кожному аркуші дві сторінки).

Мал. 41

2. Які прилади зображено на малюнку 41? Яка ціна поділки пікали кожного приладу? Що показують прилади?

Розв’язання. На малюнку 41, а зображено мензурку. Ціна поділки пікали мензурки – 25 мл. У мензурку налито 175 мл рідини. На малюнку 41, б зображено вимірювальний циліндр. Ціна поділки пікали циліндра – 5 мл. У вимірювальний циліндр налито 135 мл рідини. На малюнку 41, в зображено мензурку. Ціна поділки пікали мензурки – 10 мл. У мензурку налито 90 мл рідини.

3. Крапля олії об’ємом 0,002 мм3 розлилася по поверхні води тонким шаром,

Площа якого 100 см2. Вважаючи, що товщина шару дорівнює діаметру молекули олії, визначте цей діаметр.

Розв’язання

З формули V = Sh = Sd (за умовою h = d) визначимо:

D = .

Підставивши значення величин, отримаємо: d = 0,002 мм3 : 10 000 мм2 = 0,0000002 мм.

Відповідь: d = 0,0000002 мм.

Рівень А

1. Виберіть з наведених прикладів окремо тіла, а окремо речовини: вода, граніт, крапля води, повітря в камері футбольного м’яча, молоко, молоко у пляшці, гранітна плита.

2. Балон для газової плити наповнений пропан-бутановою сумішшю. Тілом чи речовиною є ця суміш?

3. З наведених прикладів виберіть фізичні явища: кисень, грім, годинник, бетон, веселка, кипіння води, електрична лампочка.

4. Які з наведених явищ є фізичними явищами: скисло молоко, розбилася скляна пляшка, у печі згоріли дрова, задзвенів дзвоник, засвітилися на вулиці електричні ліхтарі, згнила цибулина, нагрілася каструля?

5. Скільки см має 1 м? Скільки см2 має 1 м2? Скільки см3 має 1 м3?

6. Установіть ціну поділки шкали лінійки, якщо між рисками, що відповідають значенню 10 см і 11 см, є ще чотири риски.

7. Накресліть шкалу термометра із ціною поділки 0,25 °С.

8. Об’єм кухля 0,5 дм3. Виразіть цей об’єм у кубічних сантиметрах і кубічних міліметрах.

9. Які прилади зображено на малюнку 42? Яка ціна поділки шкали кожного приладу? Що показують прилади?

Мал. 42

Мал. 43

10. Визначте об’єм тіла (мал. 43).

11. Як виміряти (наближено), скільки зернин рису вміщується у пляшці? Що вам для цього знадобиться?

12. Що зумовлює неминучі неточності при вимірюванні розмірів тіл?

13. Які величини можна виміряти абсолютно точно?

14. У маленьку пробірку налийте трохи води, а потім обережно налийте стільки само спирту-денатурату. Відмітьте ниткою рівень спирту. Закрийте пробірку пальцем і протягом однієї-двох хвилин збовтуйте пробірку так, щоб рідини змішались. Як змінився рівень суміші порівняно з початковим рівнем? Чим пояснити зменшення об’єму?

15. Чому аромат розлитої в кімнаті пахучої речовини із часом відчувається в будь-якому місці кімнати?

16. Як змінюється положення молекул при розтягуванні гумової трубки?

17. У склянку з водою капніть краплю молока. Простежте, що з нею станеться. Поясніть спостережуване явище.

18. Чому сіль розчиняється у воді швидше за вищої температури?

19. Візьміть шматочок свинцю, розріжте його гострим ножем на дві частини і в місці розрізу стуліть. Чому вони не відпадають одна від одної?

20. Візьміть два шматочки скла, добре обмийте їх і висушіть. Притуліть щільно один до одного. Легко чи важко їх роз’єднати? Те саме проробіть з мокрим склом. Поясніть наслідки досліду.

Рівень Б

21. Про які фізичні величини йдеться в таких прикладах: пляшка місткістю 0,5 л; спідометр показує 80 км/год; хворому шприцом ввели 1 см3ліків; спортсмен пробіг 100 м за 10 с; щоб овочі не втратили вітамінів, їх стерилізують при 90 °С?

22. Якими одиницями довжини найзручніше визначати такі розміри: довжину аркуша книжки, висоту дверей, товщину дроту, діаметр труби, довжину телеграфного дроту між двома населеними пунктами, товщину волосини? Чому?

23. Зробіть схематичний малюнок частини циферблата, ціна поділки якого -5 с.

24. На палубі судна є прямокутний майданчик розмірами 10×15 м. Скільки контейнерів може вміститися на майданчику, якщо контейнер – це “кубик”, довжина ребра якого 2 м?

25. У вас є коробка канцелярських скріпок. Як за допомогою мензурки виміряти об’єм однієї скріпки?

26. На дорозі позначено дистанцію 100 м. Як найпростіше відміряти дистанцію 500 м, ведучи дорогою велосипед?

27. Англійська міра довжини фут у давнину визначалася так: 12 джентльменів селища ставили ступні впритул одну до одної, вимірювали відстань від “першого носка” до “останньої п’ятки” і цю відстань ділили на 12. Виходило близько 30 см. Навіщо було залучати для визначення одиниці довжини стількох людей? Чи доцільно було здійснювати вимірювання з точністю до 0,001 фута?

28. З наведених прикладів виберіть ті, у яких описано спільні властивості: гума поганий провідник струму; висота стовпа 10 м; висота вікна 160 см; дроти для електричної мережі виготовляють з міді; стіл вищий за стілець; електричні дроти ізольовані гумою. Назвіть ці властивості.

29. Поясніть результати досліду за малюнком 44.

30. Коли різко плазом долонею зробити рух зверху вниз, то ми майже не відчуваємо опору повітря. Якщо при такому русі ми торкнемося поверхні води, то відчуємо біль, як від удару по поверхні твердого тіла. Як пояснити це явище?

31. У місцях, де немає природного газу, для газових плит застосовують балони, наповнені пропан-бутановою сумішшю. До цієї суміші додають незначну кількість дуже ароматної речовини (одоранта). Поясніть, чому ця речовина сигналізує про витікання газу внаслідок несправності газової установки.

32. У прозору посудину з водою вилили непрозору рідку фарбу. Чому через деякий час вода стає забарвленою, але прозорою?

33. Чи збільшується об’єм кожної молекули твердого тіла при його нагріванні? Як змінюється при цьому відстань між частинками, з яких складається це тіло?

Мал. 44

34. Чому деякі тканини линяють, якщо покласти їх у воду?

35. Чи можна сказати, що об’єм, який займає певний газ, дорівнює сумі об’ємів його окремих молекул?

36. На дно кожної з двох склянок покладіть по кристалику марганцевокислого калію (можна шматочок хімічного олівця), в одну склянку налийте холодної води, а в другу – гарячої. Накрийте склянки тканиною. Через кожні півгодини позначайте рівень забарвленої води. Поясніть явище.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

Контрольні запитання

1. Чим відрізняються дослід і науковий експеримент від спостереження?

2. Назвіть, які фізичні процеси можна спостерігати в побуті. Наведіть приклади фізичних явищ у природі.

3. Яке значення в життєдіяльності людини мають вимірювання?

4. З якою метою було прийнято Міжнародну систему одиниць фізичних величин?

5. Назвіть основні етапи розвитку вчення про будову речовини.

6. Які методи вимірювання розмірів молекул ви знаєте?

7. Які основні положення атомно-молекулярної будови речовини? Які досліди їх підтверджують?

8. У воді річок, озер та інших водойм завжди є молекули газів зі складу повітря. Унаслідок якого явища ці молекули потрапляють у воду? Чому вони проникають до дна водойм? Опишіть, як змішується при цьому повітря з водою.

9. Чому два сухих аркуші паперу не злипаються, якщо їх прикласти один до одного, а змочені водою – злипаються? Чи злипнуться два аркуші паперу, якщо один з них змочити водою, а другий – олією?

Що я знаю і вмію робити

Я вмію визначати ціну поділки шкали приладу і знімати покази з нього.

Мал. 45

Мал. 46

1. Які прилади зображено на малюнках 45, 46? Яка ціна поділки шкали приладів? Що показують прилади?

Я вмію вимірювати лінійні розміри і об’єми тіл.

2. За допомогою міліметрової лінійки визначте товщину аркуша підручника з фізики.

3. За допомогою столової (15 мл), десертної (12,5 мл), чайної (6 мл) ложок і води проградуюйте маркером склянку, щоб мати домашню мензурку.

4. Відкрийте кран так, щоб з нього ледве капала вода. Полічіть, скільки крапель води містить чайна ложка. Визначте таким способом об’єм однієї краплини та втрату води за добу, коли так відкрито кран.

Я знаю, як відбуваються фізичні явища.

5. Поясніть результати досліду, зображеного на малюнку 47.

Я знаю фізичні закони, якими пояснюються дивовижні здібності представників тваринного світу.

6. Чому гекон легко тримається на вертикальному склі (мал. 48)?

Я вмію виконувати досліди.

7. Проведіть один з дослідів. Поставте кілька запитань до цього досліду і запропонуйте своїм товаришам дати на них відповіді під час демонстрування досліду.

8. Змініть форму гумки так, щоб відстань між її молекулами в одному місці збільшилася, а в іншому зменшилася.

9. Маючи парфуми, годинник із секундною стрілкою, лінійку, визначте, на яку відстань пошириться аромат парфумів у вашій кімнаті за одну секунду.

10. Налийте в склянку гарячої води, додайте солі та розмішайте. Накрийте її блюдцем. Через 1-2 хв на блюдці з’являться краплини води. Чому на блюдці немає кристаликів солі?

Я знаю, як визначати розміри атомів і молекул.

11. Крапля стеаринової кислоти розтікається по поверхні води, утворюючи дуже тонку плівку товщиною близько 0,000002 мм. Тонкіших плівок стеаринової кислоти одержати не вдається. Як можна пояснити цей факт? Який, на вашу думку, розмір молекули стеаринової кислоти?

12. Шматочок парафіну об’ємом 1 мм3 кинули в гарячу воду. Парафін розплавився і розтікся по поверхні води, утворивши тонку плівку площею 1 м2. Визначте діаметр молекули парафіну, припускаючи, що товщина плівки дорівнює діаметру молекули парафіну.

Мал. 47

Мал. 48

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ

Варіант 1

1. Що належить до поняття “фізичне тіло”?

А гума, олія, автомобіль, стіл, ручка

Б гума, автомобіль, стіл, ручка

В автомобіль, стіл, ручка, цвях

2. Які з наведених слів означають фізичне явище?

А сяйво блискавки, хуртовина, повінь, гуркіт грому

Б хуртовина, шелест листя, світіння електричної лампочки, гелікоптер

В світанок, похолодання, листопад, листок берези, політ гусей

3. Які одиниці довжини, маси, площі, об’єму в Сі?

А м, кг, с, дм3, м3

Б м, кг, год, м2, м3

В м, кг, м2, м3

4. Щоб визначити об’єм тіла малої маси (кнопки, цвяха), потрібно…

А занурити їх по одному в мензурку; визначити об’єм

Б занурити їх якнайбільше в мензурку; визначити їх об’єм і поділити на їхню кількість

В визначити об’єм одного предмета і помножити на їх кількість

5. Ви знаєте, що всі речовини складаються з найдрібніших частинок – атомів. Грунтуючись на цьому, поясніть, чому маленька крапля фарби може змінити колір великої кількості води.

А розміри атомів фарби надто малі, їх дуже багато в малому об’ємі, і вони, поширюючись у воді, зафарбовують її

Б при збільшенні об’єму тіла атоми розходяться по рідині

В відстані між частинками збільшуються з підвищенням температури

6. У пробірку спочатку налили води, а потім додали парфумів. Коли перемішали воду з парфумами, об’єм суміші зменшився. Чому?

А молекули парфумів стиснули молекули води

Б молекули парфумів проникли між молекули води

В це неможливо

7. При нагріванні чи охолодженні тіла змінюють свій об’єм (дослід з кулькою і кільцем, термометр). Із цього можна зробити такі висновки:

А при нагріванні тіла його частинки відходять одна від одної, через це збільшується об’єм тіла

Б при охолодженні тіла частинки наближаються одна до одної, через це зменшується об’єм тіла

В проміжки між частинками, з яких складається тіло, змінюються зі зміною температури даного тіла

8. Розташуйте речовини (мідь, вуглекислий газ, вода) в порядку наростання в них дифузії, якщо умови досліду однакові.

А вуглекислий газ, вода, мідь

Б вода, вуглекислий газ, мідь

В мідь, вода, вуглекислий газ

9. Чому тільки про рідину можна сказати “ллється”?

А між молекулами відсутні зв’язки

Б молекули розташовані поверхнево одна над одною

В взаємодія між молекулами стійка, перебувають одна біля одної, притягання між молекулами здійснюють тільки найближчі сусіди

10. У якій з речовин сила взаємодії між молекулами більша?

А Кисень

Б мідь

В вода

11. Чому неможливо зробити об’єм речовини як завгодно малим навіть при великому стискуванні її?

А малі проміжки між молекулами

Б молекули мало стискаються

В на близьких відстанях молекули відштовхуються

12. Газ міститься в закритій посудині об’ємом 2 л. До цієї посудини приєднали другу посудину об’ємом 4 л. Який об’єм займе газ?

А 2л

Б 4л

В 6л

Варіант 2

1. Що належить до поняття “речовина”?

А кульки, мідь, залізо, дерево, мензурки

Б земля, рослина, тварина, завод, вітер

В глина, вода, мідь, кисень, крейда

2. Виберіть з поданого переліку фізичні явища, речовини, фізичні тіла.

А нагрівається вода, іде дощ, машина, світить Сонце

Б бензин, лід, вода, свинець, гас, олія

В книжка, вікно, літак, тепловоз, кулька, мензурка

3. Які основні одиниці фізичних величин у СІ?

А метр, секунда, кілограм, моль, ампер, кандела

Б метр, секунда, міліграм, моль, ампер, кандела

В моль, ампер, кандела, година, метр, кілограм

4. Об’єм кухля 0,5 л. Виразіть цей об’єм у кубічних дециметрах, кубічних сантиметрах, кубічних міліметрах.

А 0,5; 50; 500 000

Б 0,5; 500; 500 000

В 0,5; 500; 50 000

5. Надутий м’яч або дитячу кульку можна стиснути. Про що це свідчить?

А атоми і молекули можна стиснути, вони стають меншими

Б зменшується об’єм газу за рахунок злиття атомів

В між атомами і молекулами є проміжки, у результаті стискання вони зменшуються

6. У якої з речовин – води чи пари – однакового об’єму відношення об’єму речовини до суми об’ємів окремих молекул більше?

А однакове в обох

Б у води

В у пари води

7. Усі речовини складаються з атомів і молекул, які…

А безпосередньо перебувають у безладному, хаотичному русі, що підтверджує одне з фізичних явищ – дифузію

Б мають між собою проміжки

В притягуються або відштовхуються

8. Середня швидкість молекул газу за кімнатної температури дорівнює сотні метрів за секунду. Чому ж тоді аромат парфумів поширюється значно повільніше?

А між молекулами газу малі проміжки

Б розміри молекул парфумів більші за розміри молекул газу

В молекули парфумів весь час стикаються з молекулами газу

9. Як змінюються розміри молекул при переході речовини з твердого стану в газуватий?

А збільшуються

Б залишаються сталими

В зменшуються

10. Чому розбите скло не злипається при стисканні, а волога глина злипається?

А скло твердіше, ніж глина

Б скло менше стискається, ніж глина

В молекули скла не наближаються до відстані, на якій проявляється притягання молекул

11. При збільшенні відстані між молекулами вони…

А не впливають на процес розташування

Б чинять опір розтягуванню

В сприяють розтягуванню (відштовхуються)

12. Щоб збільшити міцність сталевих деталей, їх поверхню збагачують хромом. Цей процес називають хромуванням. При хромуванні деталі вміщують на 10-15 год у порошок хрому і нагрівають у спеціальних печах до 1000 °С. Яке основне фізичне явище при цьому відбувається?

А нагрівання

Б дифузія

В хромування