Stiri Online, Enciclopedie, Revista presei

Unitate de invatare – fenomene fizice

in Fizica/Pedagogie

image001

După parcurgerea acestei unităţi de curs studentul va fi capabil:

  • Să explice fenomenele fizice prin utilizarea corectă a terminologiei de specialitate;

  • Să identifice surse de energie şi să explice rolul resurselor regenerabile în activitatea de protecţie a mediului;

  • Să utilizeze investigaţia şi experimentarea dirijată pentru evidenţierea şi explicarea unor procese fizice;

  • Să rezolve probleme cu caracter teoretic şi aplicativ;
  • Să descrie fenomenele fizice din această unitate;
  • Să definească şi să explice teoria haosului.

1.2 Masa. Volumul. Densitatea corpurilor

1.2.1 Masa

Un corp se află în repaus într-un interval de timp oarecare dacă, în orice moment din acel interval de timp, corpul ocupă aceeaşi poziţie faţă de un corp referinţă.

Un corp se află în mişcare într-un interval de timp oarecare dacă, există momente diferite în acel interval de timp, în care corpul ocupă poziţii diferite faţă de corpul de referinţă.

Pentru a pune în mişcare un corp, pentru a-l opri sau pentru a-i schimba traiectoria trebuie să acţionăm asupra lui. La orice acţiune exterioară care caută să-i schimbe starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă, corpul se opune, reacţionează.

Mişcarea rectilinie uniformă este mişcarea în care traiectoria corpului este o linie dreaptă şi viteza este constantă.

Inerţia este proprietatea unui corp de a-şi menţine starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă în absenţa acţiunilor exterioare, respectiv de a se opune la orice acţiune care caută să-i schimbe starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă în care se află.

Masa este mărimea fizică ce măsoară inerţia unui corp. Unitatea de măsură este kilogramul.

Determinarea masei corpurilor

Instrumentul utilizat pentru măsurarea masei unui corp este cântarul de tip balanţă. Măsurarea masei cu ajutorul balanţei se numeşte cântărire. Aceasta constă în compararea masei unui corp cu mase marcate (corpuri cu mase cunoscute a căror valoarea este înscrisă pe ele). Două corpuri sunt în echilibru pe talerele unei balanţe dacă au aceeaşi masă.

NU confundaţi masa cu greutatea unui corp!

Greutatea reprezintă forţa cu care Pământul atrage un corp G = m ∙ g. Se observă o proporţionalitate directă între greutate şi masă prin intermediul acceleraţiei gravitaţionale g = 9,81 m/s2.

1.2.2 Volumul

Fiecare corp ocupă un loc în spaţiu ce reprezintă volumul corpului respectiv.

Unitatea de măsură pentru volum este m3.

În cazul corpurilor cu formă geometrică regulată, volumul se determină folosind diferite formule matematice (exemplu: volumul paralelipipedului, cubului, cilindrului, sferei).

Volumul corpurilor cu formă neregulată se determină cu ajutorul cilindrului gradat, procedând astfel:

– se introduce apă în cilindrul gradat şi se citeşte indicaţia de pe cilindru care reprezintă de fapt volumul apei din cilindru;

– se introduce în cilindru cu apă, corpul al cărui volum vrem să-l determinăm şi se citeşte noua gradaţie a cilindrului care reprezintă volumul apei din cilindru plus volumul corpului;

– se scad cele două valori citite pe cilindru şi se determină volumul corpului din cilindru.

Aplicaţii practice

Experimentul 1. Inerţia unui corp

Când punem un pahar brusc în mişcare, apa se varsă în spate, în sensul opus mişcării, deoarece apa tinde să rămână pe loc, în repaus.

Dacă oprim brusc paharul, apa se varsă în faţă, în sensul mişcării, deoarece apa tinde să-şi continue mişcarea.

În concluzie, corpurile se opun schimbării stării de mişcare.

Experimentul 2. Determinarea volumului unui corp solid

Materiale necesare: cilindru gradat, apă, cheie;

Determină volumul unei chei cu ajutorul cilindrului gradat folosind explicaţiile de mai sus.

1.2.3 Densitatea

Aplicaţii practice

Experimentul 3. Masa corpurilor

Materiale necesare: 2 cuburi cu acelaşi volum din materiale diferite (sticlă şi oţel), balanţă sau cântar cu arc.

Cum procedezi?

  • Măsoară masa celor două corpuri cu ajutorul balanţei sau a unui cântar cu arc

Ce observi? Notează observaţiile.

Cântărind cele două cuburi ai descoperit că masa cubului de oţel este mult mai mare decât masa cubului de sticlă. Explicaţia constă în faptul că particulele de oţel sunt mult mai apropiate unele de altele comparativ cu cele de sticlă. Spunem că densitatea oţelului este mai mare decât densitatea sticlei.

Densitatea este o mărime fizică ce caracterizează substanţa din care este alcătuit un corp. Densitatea este definită prin raportul dintre masa unui corp şi volumul acestuia. Se notează cu ρ iar unităţile de măsură sunt kg/m3 sau g/cm3.

1 kg/m3 este densitatea unei substanţe, dacă un corp cu volumul de 1 m3 realizat în acea substanţă are masa de 1 kg.

Densitatea apei este de 1000 kg/m3, adică 1 m3 de apă are masa de 1000 kg. Folosind tabelul de mai jos poţi compara densităţile unor substanţe:

Substanţa

Densitatea kg/m3

Ulei alimentar

800

Benzină

800

Gheaţă

917

Apă

1000

Lapte

1030

Sticlă

2500

Aluminiu

2700

Oţel

7800

Fier

7880

Argint

10500

Plumb

11350

Mercur

13550

Aur

19310

Platină

21460

Plumbul are densitatea mai mare decât argintul, fierul, oţelul, aluminiul şi sticla, dar mai mică decât densitatea platinei, aurului şi mercurului. Datorită densităţii mari pe care o are, plumbul este folosit ca material de protecţie împotriva radiaţiilor (materialele radioactive se transportă în containere speciale căptuşite cu plumb).

Aluminiul are o densitate mică, deci este foarte uşor. În aliaje cu alte metale, el este folosit pentru construirea aeronavelor, a căror masă trebuie să fie foarte mică.

Plutirea şi scufundarea corpurilor

Ai constatat, probabil, că un corp pare mai uşor în apă decât în aer, că un corp din fier se scufundă în apă în timp ce un corp din lemn pluteşte pe suprafaţa apei. Pentru a scufunda o minge în apă trebuie să acţionezi asupra ei cu o forţă. Atunci când este lăsată liberă mingea scufundată iese la suprafaţă.

Un lichid exercită, pe suprafaţa corpurilor cu care este în contact, forţe de apăsare datorate presiunii hidrostatice. Rezultanta tuturor forţelor (de împingere) cu care lichidul, datorită presiunii hidrostatice, acţionează asupra unui corp scufundat în lichid se numeşte forţă arhimedică. Forţa arhimedică are direcţie verticală şi sensul de jos în sus.

Punctul de aplicaţie al forţei arhimedice se numeşte centru de presiune. El coincide cu centrul de greutate al corpului dacă acesta este omogen şi complet scufundat în lichid.

Legea lui Arhimede: Un corp scufundat într-un lichid este împins de jos în sus cu o forţă verticală numeric egală cu greutatea lichidului dezlocuit de acel corp.

Toate corpurile sunt supuse gravitaţiei (forţei de atracţie a Pământului) şi atunci când sunt introduse în apă. Dacă greutatea corpului este mai mică decât forţa arhimedică corpul urcă la suprafaţă şi rămâne în echilibru fiind parţial scufundat. Porţiunea scufundată dezlocuieşte un volum de lichid a cărui greutate este egală cu greutatea corpului. În acest caz corpul pluteşte.

Vapoarele plutesc deşi sunt confecţionate din materiale a căror densitate este mult mai mare decât a apei.

Datorită formei lor care asigură dezlocuirea unui volum foarte mare de apă şi a prezenţei unui număr mare de spaţii pline cu aer, densitatea totală a acestor vapoare este mai mică decât densitatea apei. Supraîncărcarea vapoarelor poate duce la scufundarea lor. Din această cauză, fiecare vapor are gradat pe suprafaţa laterală un semn care indică nivelul maxim de scufundare a vaporului încărcat (linia de încărcare, linia de plutire).

Pentru determinarea densităţii lichidelor se foloseşte un instrument special – densimetru.

Determinarea densităţii are aplicaţii în diferite domenii, de la verificarea calităţii laptelui, la detrminarea conţinutului de alcool al unei băuturi, de la verificarea antigelului, la verificarea stării acumulatorului unui autovehicul.

În medicină, măsurătorile de densitate permit determinarea stării fluidelor din corp (sângele şi urina).

Deoarece densitatea sângelui creşte cu creşterea concentraţiei hematiilor, o densitate mai mică a sângelui indică o anemie.

Alte boli duc la eliminarea excesivă a sărurilor din organism şi pot fi depistate datorită creşterii densităţii urinei.

Legea lui Arhimede este valabilă şi în gaze. Un balon umplut cu hidrogen sau heliu (gaze mai puţin dense decât aerul) şi lăsat în aer, se ridică datorită forţei arhimedice.

Test de autoevaluare nr. 1

  1. Două corpuri au mase diferite şi volume egale. Are densitatea mai mare corpul cu masa mai ……..
  2. Două corpuri cu volume diferite şi mase egale. Are densitatea mai mare corpul cu volumul mai……….

  3. Care afirmaţii sunt corecte:

    1. densitatea lichidului nu depinde de masa sa ;

    2. densitatea lichidului nu depinde de volumul său;

    3. dublând volumul lichidului se dublează densitatea sa;

    4. triplând masa lichidului se triplează densitatea sa. Puteţi considera că lichidul este lapte (ulei).

4. Răspunde prin adevărat sau fals (1 sau 0)

a. densitatea oţelului este mai mare decât a mercurului;

b. densitatea este o mărime fizică ce caracterizează substanţa din care este alcătuit corpul;

c. 1m3 de gheaţă cântăreşte tot atât cât 1m3 de fier.

1.3 Energia

Etimologic cuvântul energie provine din grecescul energheia – „activitate”.

Din punct de vedere fizic energia este măsura generală a diferitelor forme de mişcare ale materiei. Exprimă capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic atunci când suferă o transformare dintr-o stare în alta.

Diferitelor forme ale mişcării le corespund diferite tipuri de energie (mecanică, electromagnetică, termică, chimică, nucleară etc.), iar echivalenţa energiilor, transformarea lor reciprocă în raporturi determinate şi-a fgăsit expresia în legea conservării şi transformării energiei.

Deoarece mişcarea este un atribut al materiei, energia nu există şi nici nu poate exista separat de materie.

Teoria relativităţii restrânse a formulat relaţia E = mc2 numită legea lui Einstein care fixează o legătură între energia E şi masa m a unui corp, c fiind viteza luminii în vid.

Dacă în fizica clasică se consideră că energia unui sistem fizic poate varia în mod continuu pentru diferitele stări în care se poate afla sistemul, mecanica cuantică arată că în majoritatea cazurilor, în domeniul atomic, energia variază discontinuu, valorile ei pentru un sistem microfizic fiind termenii unui discontinuu (ex. Energia electronului în atom)

Energia se măsoară în Jouli (în sistem MKS), în ergi (în sistem CGS), în calorii în kilogram –metri şi multipli lor. În energetică se foloseşte mult unitatea kilowatt – oră (KWh).

1.3.1 Forme de energie

Energia mecanică, energie a corpurilor raportabilă la o stare de referinţă care diferă de starea considerată exclusiv prin valorile mărimilor de stare geometrice şi mecanice (mase inerte, poziţia lor, viteza, etc.)

Energia cinetică, energie a unui sistem fizic în care intervin numai mărimile ce caracterizează starea de mişcare a corpurilor care alcătuiesc sistemul. În cazul translaţiei Ec = ½ mv2, unde m este masa şi v viteza corpurilor în cazul rotaţiei în jurul unui ax Ec = ½ iω2 unde i este momentul de inerţie în raport cu axa de rotaţie, iar ω este viteza unghiulară a sistemului.

Energia potenţială, energie pe care o posedă un sistem fizic datorită interacţiunilor ce depind numai de poziţia relativă a corpurilor componente ale acelui sistem.

Energia internă, reprezintă suma energiilor cinetice şi potenţiale ale tuturor particulelor care constituie un sistem fizico-dinamic. Introducerea noţiunii de energie internă a fost necesară pentru alcătuirea bilanţului energetic al unui proces fizic, pe baza principiului I al termodinamicii.

Energia eoliană, energie mecanică a maselor de aer în mişcare, în atmosferă. Această energie poate fi folosită de nave cu pânze, de mori de vânt, de motoare eoliene.

Energia hidraulică, energie mecanică cinetică sau potenţială a maselor de apă. Ea poate fi folosită în turbine hidraulice, la roţi hidraulice etc.

Energia de deformaţie, energie acumulată de un material deformabil sub efectul unei solicitări. Dacă deformaţiile sunt elastice acest tip de energie poate fi recuperată când revine la forma şi la dimensiunile iniţiale.

Energia de zăcământ, energie mecanică naturală care condiţionează curgerea hidrocarburilor fluide din zăcământ spre sonde sau spre galeria de drenare.

Energia electromagnetică, energia sistemelor fizice a căror stare diferă de starea de referinţă numai prin valorile de stare locală ale câmpului electromagnetic. În general ea se descompune în doi termeni dintre care unul numit energie electrică (depinde numai de mărimi electrice) iar al doilea numit energie magnetică (depinde numai de mărimi magnetice). Energia electrică datorită calităţilor sale remarcabile de a fi produsă în cantităţi mari din alte forme de energie, de a fi transmisă economic la distanţe foarte mari, de a fi distribuită economic la consumatori, de a fi transformată cu uşurinţă în alte forme de energie, are în prezent o foarte largă utilizare în industrie, agricultură, transporturi, în consumul casnic.

Energia luminoasă, energie conţinută în undele luminoase. Valoarea energiei luminoase depinde de câmpurile alternative, electric şi magnetic, care constituie o astfel de undă. Se transformă uşor în căldură, stimulează anumite reacţii chimice sau poate fi convertită parţial în energie electrică (prin intermediul semiconductoarelor).

Energie radiantă, energie care se propagă în spaţiu sub formă de radiaţie. Poate fi de natură electromagnetică sau sonoră.

Enerigia nucleară, energie caracteristică proceselor din interiorul nucleelor atomice, considerabil mai mare decât energia caracteristică păturilor electronice ale atomului.

Dacă pentru ionizarea unui atom se cheltuieşte o energie de câţiva electroni – volţi, pentru producerea unei transformări nucleare este nevoie de cel puţin câteva milioane de electroni. În timp ce prin arderea unui kg de cărbune se obţin cel mult 8000000 de calorii, prin fisiunea completă a unui gram de uraniu 235 dintr-un reactor nuclear se obţin c.c.a. 20 de miliarde de calorii. Un gram din acest material este energetic echivalent cu 2,5 tone de cărbune.

Energia de legătură, diferenţa dintre energia unui grup de particule legate una de alta şi energia în starea în care particulele sunt separate între ele prin distanţe foarte mari (teoretic infinite). Cu cât energia de legătură este mai mare, cu atât legătura dintre particule este mai puternică. Pentru molecula de hidrogen această energie este de 4,5 eV, la cea de clor este de 2,5 eV, iar pentru mercur este de 0,1 eV. În reacţiile chimice care au loc cu emisiune de energie, aceasta se face pe seama energiei de legătură a moleculelor, iar în cazul reacţiilor nucleare pe seama energiei de legătură a nucleelor.

Energia de rezonanţă, energie cinetică a unei particule care va fi capabilă sau împrăştiată de obicei de către un nucleu, din cauză că nucleul compus care se formează prin unire cu particula conţine un nivel energetic de rezonanţă, corespunzător valorii acestei energii.

Energia sonoră, energie conţinută într-o porţiune a unui mediu datorită undelor sonore care se propagă prin el.

Energia termică, energie asociată agitaţiei termice a particulelor care alcătuiesc corpurile. Într-un gaz rarefiat la o anumită temperatură ea este egală cu energia cinetică totală a moleculelor gazului; într-un cristal este egală cu energia mişcării oscilatorii a atomilor, ionilor sau moleculelor care formează cristalul.

Energie a combustibililor, energie degajată prin arderea combustibililor, ea este egală cu diferenţa dintre energia termică interioară a produselor de ardere în starea de la sfârşitul procesului şi energia interioară a amestecului în starea anterioară aprinderii.

Energia liberă, parte din energia interioară a unui sistem fizic care, în procesele reversibile şi izoterme se poate transforma în alte forme de energie exclusiv pe calea efectuării de lucru mecanic. Diferenţa dintre energia interioară a unui sistem şi energia lui liberă se numeşte energie legată (potenţial termodinamic).

Energie solară, energie emisă de Soare în întreg domeniul radiaţiei sale electromagnetice. Pământul primeşte două calorii pe centrimetru pătrat la distanţa medie Pământ – Soare în afara atmosferei ( perpendicular pe direcţia razelor solare ) şi pe minut. Energia solară este de natură termonucleară şi se produce prin transformarea nucleelor de hidrogen în nuclee de heliu la temperaturi foarte înalte care ajung la 15 000 000 de grade în centrul soarelui. Ea stă la baza celor mai multe forme de energie de pe Pământ ( energie produsă de căderile de apă, arderea cărbunilor)

Energia chimică, energie care se degajă sau se absoarbe în reacţiile chimice. Este determinată de componenţa şi structura chimică a substanţelor. Se exprimă ca diferenţa dintre energia produselor iniţiale intrate în reacţia chimică şi energia produselor de reacţie.

Energia germinativă, însuşire a seminţelor exprimată prin procentul de seminţe germinate ( normal în1/3 -1/2 ) în timpul stabilit pentru determinarea facultăţii germinative.

Energia specifică organelor de simţ, teorie idealist – subiectivă, formulată de naturalistul german J.P Müller de pe poziţiile idealismului filozofic „fiziologic”. Potrivit ei, activitatea organelor de simţ nu este determinată de realitatea obiectivă, ci de o energie „proprie” ruptă în mod metafizic de lumea exterioară. În sprijinul teoriei sale, Müller a invocat argumentul că, indiferent de natura excitantului, organele de simţ produc constant aceeaşi senzaţie ( ex. ochiul reacţionează prin senzaţii vizuale nu numai la excitanţii optici, ci şi la presiuni sau loviri ). Müller nu ţine seama de faptul că însăşi specializarea simţurilor a fost determinată de adaptarea lor la însuşirile excitanţilor specifici şi că excitaţii „ nespecifice” ( ex. cele mecanice sau electrice în cazul ochiului) nu intervin decât în mod accidental (teorie criticată de V.I. Lenin în „Materialism şi empiriocriticism”).

loading...
DESCARCA APLICATIA CYD PE MOBIL
Aplicatie CYD Google Play

Nu sunt un artist, nu sunt un talentat scriitor, sunt om ca si tine. Doar ca diferentele dintre mine si tine o fac obiceiurile noastre si viata pe care o traim. Nu ne invartim in aceleasi anturaje, nu avem acelasi limbaj, la dracu nici macar nu ne cunoastem, dar sigur avem de impartit idei sau am avut aceleasi idei o data, desi repet nu ne cunoastem.

Nu te stiu, nu te cunosc, nu te vad, nu te ating, nu te caracterizez, nu te critic, nu te injur, nu te admir, nu te laud, dar tu poti sa ma critici, aplauzi, caracterizezi, poate chiar si sa ma apreciezi. E dreptul tau, e timpul tau.

Latest from Fizica

LIKE-ul tau CONTEAZA!Ti-a placut articolul si ai dat LIKE? Inchide aici
Mergi la Sus

Copyright © 2016 by CYD.RO. Toate drepturile sunt rezervate
Designed by Dianys Media Solutions - realizare site web - creare site web