ФИЗИКА

      6 КЛАСС
     
      ВВЕДЕНИЕ
     
      1. ПРИРОДА И ЛЮДИ
      Воздух, вода, земля, растения, животные, Солнце, планеты, Вселенная, весь окружающий нас материальный мир, называется природой.
      Природа никем не создана, всегда была и будет. Она находится в непрерывном изменении, или движении: движутся планеты и звезды, вода на Земле совершает круговорот, реки меняют русла, растения и животные растут и развиваются.
      Человек вносит в природу изменения благодаря своему уму и труду. Он построил города и селения, фабрики и заводы, распахал и засеял поля, изобрел различные машины. В результате познания человеком природы возникли науки.
      Изучая изменения, происходящие в природе, ученые установили, что все они происходят закономерно, т. е. всегда существует какая-нибудь. причина явления. Причиной падения на Землю различных предметов, например, является притяжение их Землей; смена дня и ночи на Земле объясняется движением Земли вокруг своей оси (рис. 1); одна из причин возникновения ветра — неравномерное нагревание воздуха.
      Цель наук о природе — открыть, изучить ее законы и использовать их для нужд людей.
      Науки о природе все время развиваются. Мы все полнее и глубже познаем явления природы и находим им все больше практических применений. Научные объяснения явлений природы дают
      возможность успешнее бороться с религиозными заблуждениями — с верой в несуществующего бога и религиозными обрядами.
      Одной из наук о природе является физика.
     
      2. ЧЕМ ЗАНИМАЕТСЯ ФИЗИКА
      Слово «физика» происходит от греческого слова «фюзис», что значит «природ а». Физика — одна из наук о лрироде.
      В физике изучают механические, тепловые, электрические, световые явления. Все эти явления называют физическими. Таяние льда, кипение воды, падение камня, свечение раскаленного волоска лампочки, молния — все это различные физические явления.
      Существуют и другие науки, которые изучают природу, такие, как астрономия, химия, география, ботаника, зоология. Все эти науки используют законы физики. В географии, например, их применяют для объяснения климата, течения рек, образования ветров.
      Физика — одна из самых древних наук. Первыми физиками были греческие ученые, жившие за несколько сотен лет до начала нашей эры. Эти ученые впервые пытались объяснить наблюдаемые явления природы.
      Величайшим из древних ученых был Аристотель (384 — 322 гг. до н. э.), который и ввел в науку слово «физика». В русский язык это слово ввел великий русский ученый М. В. Ломоносов.
      Все, что открыто и изучено в физике, есть результат упорного труда многих ученых разных.стран и народов.
      Многие важные открытия, благодаря которым развивалась физика, сделали ученые: Г. Галилей, И. Ньютон, М. В. Ломоносов, М. Фарадей, Д. И. Менделеев, Пьер и Мария Кюри, Э. Резерфорд, А. Эйнштейн, А. Ф. Иоффе, С. И. Вавилов, И. В. Курчатов и другие.
      Среди выдающихся русских ученых особое место в науке занимает Михаил Васильевич Ломоносов — первый русский академик. Проявив огромное трудолюбие, М. В. Ломоносов достиг выдающихся успехов в различных областях науки. А. С. Пушкин писал о М. В. Ломоносове: «Он создал первый русский университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом».
     
      1. Что такое физика? 2. Что изучает физика? 3. Приведите примеры физических явлений 4. Почему физику считают одной из основных
      наук о природе? 5. Кто ввел в науку слово «физика»?
     
      3. ТЕЛО, МАТЕРИЯ, ВЕЩЕСТВО
      В физике; кроме обычных слов, используют специальные слова, или термины, обозначающие физические понятия. Некоторые из таких слов постепенно вошли в нашу разговорную речь, например, такие, как «электричество», «энергия», «космос». А некоторые слова из разговорной речи используются в физике, но они иногда
      здесь имеют иное содержание. Так, например, в обыденной жизни словом «тело» называют тело человека или животного. В физике же физическим телом называют и дом, и трактор, и луну, И’песчинку, т. е. всякий предмет. Несколько физических тел изображены на рисунке 2 — это карандаш, водопроводный кран, капля воды, резиновый шарик, наполненный воздухом.
      Словом «материя» в науке называют все, что существует объективно, т. е. независимо от нашего сознания.
      Один из видов материи называют веществом. Вещество — это то, из чего состоит физическое тело. Железо, вода, соль, воздух — это все вещества. Вода — вещество, капля воды — физическое тело, алюминий — вещество, а алюминиевая ложка — физическое тело. Всякое тело имеет форму и занимает некоторый объем. На рисунке 3 изображены тела разной формы, но одинакового объема, на рисунке 4 — тела разного объема, но одинаковой формы.
     
      1. Что в физике понимают под словами «физическое тело»? 2. Что называют веществом? Приведите примеры физических тел и веществ.
     
      4. НАБЛЮДЕНИЯ И ОПЫТЫ
      Каждый знает, что тела падают на землю, лед в теплом помещении тает, вода на морозе замерзает, магнит притягивает железо и т. д.
      Откуда появились эти знания? Многие знания добыты людьми из собственных наблюдений. Так, например, каждый из нас наблюдал, что ничем не удерживаемые тела падают на землю. Именно благодаря наблюдениям накопились многие знания о природе.
      Ученые тоже добывают знания из наблюдений. Кроме того, они проделывают специальные опыты. Научные опыты всегда ставят обдуманно, с определенной целью. Например, итальянский ученый Галилей, чтобы изучить, как происходит падение тел, ронял разные шары с наклонной башни в г. Пизе (рис. 5), измерял и сравнивал время их падения. Проделав такие опыты, он открыл законы падения тел.
      Наблюдения и опыт — источники физических знаний.
      Чтобы получить научные знания, надо еще обдумать и объяснить результаты опытов, найти причины явлений.
      Для выполнения опытов нужны различные физические приборы. Одни приборы очень просты и предназначены для несложных измерений. К ним относятся, например, измерительная линейка (рис. 6), груз, подвешенный на нитке, который может служить отвесом (рис. 7), мензурка (рис. 8), применяемая для измерения объёма жидкости, весы и другие приборы. Есть и более сложные измерительные приборы: амперметры, вольтметры (рис. 9), секундомеры, термометры (рис. 10) и другие.
      По мере развития физики и техники приборы совершенствовались и усложнялись.
      В наше время совместными усилиями ученых, инженеров, техников и рабочих созданы сложнейшие приборы, при помощи которых современные физики изучают строение вещества. Так, в подмосковном городе Дубне с этой целью сооружены громадные приборы — установки с очень сложным устройством. Один из них — синхрофазотрон — имеет диаметр, равный примерно 60 м; на изготовление магнитов, входящих в его устройство, пошло 36 000 т стали. На этом синхрофазотроне работают ученые из всех социалистических стран.
     
      1. Какими путями мы получаем знания о явлениях природы? 2. Чем отличаются наблюдения от опыта? 3. Какие физические приборы вы знаете?
     
      5. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ. ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
      Чтобы получить возможно более точные знания о физических явлениях, нужно во время опыта производить измерения. Например, чтобы узнать, как зависит объем воды от ее температуры, нужно, нагревая воду, измерять обе эти величины.
      Объем и температура — примеры физических величин.
      Физическими величинами являются также длина, площадь, время, скорость, сила и другие.
      Физическую величину всегда можно измерить. Измерить какую-нибудь величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины. Так, например, измерить длину стола — значит сравнить ее с другой длиной, которая принята за единицу длины, например с метром. В результате измерения величины получаем ее числовое значение, выраженное в принятых единицах.
      Для каждой физической величины приняты свои единицы. Для измерения площади, например, принята единица площади (1 м2), для измерения времени — единица времени (1 с), для измерения объема — единица объема (1 м3).
      Для удобства все страны мира стремятся пользоваться одинаковыми единицами физических величин.
     
      1. Что значит измерить какую-либо величину?
      2. Какие единицы длины, площади и объема вы знаете?
     
      6. ФИЗИКА И ТЕХНИКА
      Вторую половину XX в., т. е. нашу эпоху, называют эпохой научно-технической революции.
      Для нее характерно широкое и быстрое внедрение в технику, промышленность и быт человека научных открытий, сделанных в физике, математике, химии, биологии, географии и других науках о природе и обществе.
      Физика является основой современной техники. Это означает, что различные технические устройства основаны на использовании явлений и законов природы, открытых и изученных в физике. Так, например, двигатели внутреннего сгорания, которые приводят в движение автомобили, тракторы, тепловозы, танки, речные и морские суда, созданы в результате изучения свойств газов и многих тепловых явлений.
      Об электричестве узнали за несколько веков до нашей эры, но практическое применение электричество стало находить начиная примерно со второй половины XIX столетия, после того как были открыты и изучены многие электрические явления и законы. В настоящее время электрическое освещение, нагревательные электрические приборы, телеграф, радио и телевидение прочно вошли в быт. На фабриках и заводах, в шахтах и рудниках электрические двигатели приводят в движение станки и различные механизмы. В металлургии в электрических печах получают высокие сорта стали и многие ценные металлы. Электричество используется в городском транспорте и на железных дорогах. Важное значение имеет применение электричества в сельском хозяйстве. На учении о световых и звуковых явлениях основано кино и телевидение. Можно привести множество других примеров применения физических знаний в технике. В свою очередь, достижения техники, совершенные машины и точные измерительные приборы используются учеными для новых открытий в физике. Полеты в космос, например, и изучение происходящих там явлений стали возможными после создания мощных ракет.
      Наука и техника тесно связаны между собой. Развитие науки вызывает дальнейшее развитие техники, дальнейшее же развитие техники способствует все новым достижениям науки.
      В развитии техники, как и науки, большую роль сыграли работы отечественных ученых.
      Радио сейчас — важнейшее средство связи. Изобрел радио русский ученый Александр Степанович Попов. 7 мая 1895 г. он сделал сообщение об изобретении прибора, который принимал без проводов издалека электрические сигналы.
      Много сделал для развития авиации русский ученый Николай Егорович Жуковский, которого
      В. И. Ленин назвал «отцом русской авиации».
      Русские инженеры Павел Николаевич Яблочков и Александр Николаевич Лодыгин изобрели электрическое освещение.
      Константин Эдуардович Циолковский первым изучил законы реактивного движения и разработал проект летательного аппарата — ракеты —
      Уборка зерна комбайном «Колос». Грузовой автомобиль «КамАЗ».
      для полетов с Земли на другие планеты Солнечной системы. Научные труды К. Э. Циолковского были использованы учеными и инженерами при подготовке полетов в космос.
      Всему миру известны замечательные достижения советской науки и техники. В нашей стране была построена первая в мире электростанция, работающая на атомной энергии, произведены запуск первого в мире искусственного спутника Земли и первой космической ракеты, ставшей новой планетой Солнечной системы. Первой ракетой, достигшей Луны, была советская ракета. Первым космонавтом был советский человек — Юрий Алексеевич Гагарин.
      Большой вклад в научную и техническую разработку полетов в космос внес советский ученый Сергей Павлович Королев.
      Развитие у нас в стране атомной энергетики связано с именем ученого Игоря Васильевича Курчатова.
      Какое значение имеет физика для техники? Покажите это на примерах.
     
      ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
     
      7. ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО ЗНАТЬ СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
      В физике не только наблюдают и описывают явления и свойства тел, но и стремятся объяснить их. Например, как объяснить, почему вода, пролитая на гладкий пол, растекается по нему, а не собирается в каком-нибудь одном месте? Почему вода при охлаждении может превратиться в твердое тело — лед, а при нагревании — в газообразное тело — водяной пар? Почему газ легко сжать, а твердое тело и жидкость очень трудно? Почему нагретый кусок стали легче изогнуть или расплющить, чем холодный?
      Ответить на эти и многие другие вопросы можно, но для этого нужно знать внутреннее строение вещества.
      Знания о внутреннем строении вещества позволяют не только объяснить многие физические явления. Они помогают предсказывать, как будет происходить явление, что нужно сделать, чтобы его ускорить или замедлить, т. е. помогают управлять явлениями.
      Узнав внутреннее строение тел, можно объяснить их свойства, а также создать новые вещества с нужными человеку свойствами — твердые и прочные сплавы, жароупорные материалы. С помощью науки созданы, например, такие материалы, как пластмассы, искусственный каучук, капрон, нейлон. Все эти материалы нашли широкое применение в технике, медицине и быту.
     
      1. Для чего нужно знать внутреннее строение вещества? 2. Какие вы знаете материалы, созданные человеком?
     
      8. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
      Если сжать руками мяч, то объем воздуха, заполняющего мяч, уменьшится. Сжатием можно уменьшить и объем куска резины, воска.
      Объем тела изменяется также при его нагревании и охлаждении. На рисунке 11 изображена стеклянная колба, горлышко которой погружено в воду. При нагревании воздух вытесняет воду из горлышка колбы и пузырьки его начинают выходить наружу, — значит, объем воздуха при нагревании увеличивается (рис. 1-1, а). При охлаждении колбы в нее входит вода — объем оставшегося в ней воздуха уменьшается (рис. 11,6).
      Стальной шарик, свободно проходящий через кольцо, после нагревания расширяется и застревает в кольце (рис. 12). После того как шарик охладится, его объем снова уменьшится и он пройдет сквозь кольцо.
      Расширение жидкости при нагревании можно обнаружить на опыте по увеличению ее уровня в трубке (рис. 13).
      Итак, опыты показывают* что объем тела может изменяться: уменьшаться или увеличиваться. Почему это происходит?
      Это явление можно объяснить, предположив, что вещества состоят из отдельных частичек, между которыми есть промежутки. Когда частички отодвигаются друг от друга, объем тела увеличивается. При сближении частичек объем уменьшается. Такие предположения в науке называют гипотезами, достоверность их проверяют опытами.
      Почему же вещества — воздух, вода, сталь — кажутся нам сплошными? Дело в том, что частицы, из которых состоят вещества, так малы, что мы их не видим.
      Представление о размерах этих частиц дает следующий опыт (см. цветную вклейку I, вверху). Маленькую крупинку краски растворяют в воде, налитой в стакан. Затем немного окрашенной воды отливают в другой стакан и. доливают его чистой водой. Во втором стакане раствор окрашен слабее, чем в первом. Из второго стакана отливают немного раствора в третий стакан и снова доливают его чистой водой. Так проделывают несколько раз и с каждым разом убеждаются, что раствор становится все более светлым.
      Рассмотрим последний раствор. Он хотя и очень слабо, но равномерно окрашен, — следовательно, в каждой его капле содержатся частицы краски. А ведь в воде растворили очень маленькую крупинку краски, и лишь часть ее попала в последний раствор. Значит, крупинка состояла из многих частиц, размеры которых очень малы.
      Эти и другие наблюдения и опыты, о которых будет рассказано дальше, показывают, что все тела состоят из очень маленьких частиц.
     
      1. Какие явления показывают, что вещества состоят из частиц, разделенных промежутками? 2. Как изменяется объем тела при уменьшении или увеличении расстояний между его частицами? 3. Как доказать, что эти частицы очень малы?
     
      9. МОЛЕКУЛЫ
      О том, что вещества состоят из отдельных мельчайших частиц, люди догадывались очень давно, это утверждал еще около 2500 лет назад греческий ученый Демокрит.
      Но если в древности ученые лишь предполагали, что вещества состоят из отдельных частиц, то в начале XX века существование таких частиц было доказано наукой.
      Частицы, из которых состоят вещества, назвали молекулами (молекула — латинское слово, означает «маленькая масса»).
      Молекула каждого вещества — мельчайшая частица этого вещества.
      Наименьшая частица воды — это молекула воды, наименьшая частица сахара — это молекула сахара и т. д.
      Каковы же размеры молекул?
      Известно, что кусок сахара можно растолочь на очень маленькие крупинки, зерно пшеницы размолоть в муку. Масло, растекаясь по воде, образует пленку, толщина которой в 40000 раз меньше толщины человеческого волоса. Но и в крупинке муки и в толще масляной пленки содержится не одна, а много молекул. Значит, размеры молекул этих веществ еще меньше, чем размеры крупинки муки и толщина пленки.
      Можно привести следующие сравнения: молекула во столько же раз меньше яблока среднего размера, во сколько раз яблоко меньше земного шара.
      Молркулы разных веществ отличаются друг от друга размерами, но все они очень малы. Современные приборы — электронные микроскопы — позволили увидеть и сфотографировать наиболее крупные из молекул (см. цветную вклейку II). Эти фотографии — еще одно подтверждение существования молекул.
      Так как молекулы очень малы, то в каждом теле их содержится великое множество. В капле воды, например, молекул в несколько десятков миллиардов раз больше, чем людей на Земле. В 1 см3 воздуха содержится такое число молекул, что если сложить столько же песчинок, то получится гора, которая закроет большой завод (рис. 14).
      В природе все тела отличаются друг от друга хоть чем-нибудь. Нет людей с одинаковыми лицами. Среди листьев, растущих на одном дереве, нет двух совершенно одинаковых. Даже в целой куче песка мы не найдем одинаковых песчинок. Миллионы шариков для подшипников изготавливают на заводе по одному образцу, одинакового размера. Но если шарики затем измерить еще точнее, чем это делалось при обработке, то можно убедиться, что среди них не найдется и двух одинаковых.
      Отличаются ли между собой молекулы одного и того же вещества?
      Многочисленные и сложные опыты показали, что каждое чистое вещество состоит из одинаковых молекул, присущих только ему. Это удивительный факт. Нельзя, например, отличить воду, полученную из сока или из молока, от воды, полученной путем перегонки морской воды, так как все молекулы воды одинаковы и никакое другое вещество не состоит из таких же молекул.
      Все молекулы одного и того же вещества одинаковы.
      Молекулу вещества можно разделить на части. Частицы, на которые делится молекула, называют атомами.
      Например, из двух одинаковых атомов состоит молекула кислорода. А молекула воды состоит из трех атомов — одного атома кислорода и двух атомов водорода. На рисунке 15, а изображены две молекулы воды. Такое схематическое изображение молекул принято в науке, оно соответствует свойствам молекул, изученным в физических опытах, и называется моделью молекулы.
      При делении двух молекул воды получаются четыре атома водорода и два атома кислорода. Каждые два атома водорода соединяются в молекулу водорода, а атомы кислорода — в молекулу кислорода, как показано схематически на рисунке 15, б.
      Атомы тоже не являются неделимыми частицами, они состоят из более мелких частиц, называемых элементарными частицами.
     
      1. Как называют частицы, из которых состоят вещества? 2. Из каких наблюдений следует, что размеры молекул малы? 3. Что вы знаете о размерах молекул? 4. Что вы знаете о составе молекулы воды?
      Упр. Как известно, капли маслянистой жидкости растекаются по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Почему при некоторой толщине пленки масло перестает растекаться?
     
      10. ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ В ГАЗАХ, ЖИДКОСТЯХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
      Многочисленные опыты показывают, что молекулы всех тел непрерывно движутся.
      Рассмотрим опыт, который можно объяснить только тем, что* тела состоят из молекул и что молекулы находятся в непрерывном движении.
      В стеклянный сосуд наливают водный раствор медного купороса. Этот раствор имеет темно-голубой цвет, он тяжелее воды. Поверх раствора в сосуд очень осторожно, чтобы не смешать жидкости, наливают чистую воду. В начале опыта наблюдают резкую границу раздела между водой и раствором медного купороса.
      Сосуд оставляют в спокойном месте и продолжают наблюдать за границей раздела жидкостей. Через несколько дней обнаруживают, что граница раздела расплылась. Недели через две граница, отделявшая одну жидкость от другой, исчезает, в сосуде образуется однородная жидкость бледно-голубого цвета (см. цветную вклейку I, внизу). Значит, жидкости перемешались.
      Явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом, называют диффузией1.
      1 Диффузия (лат.) — растекание, распространение.
      Это явление объясняют так (рис. 16). Сначала обмениваются местами вследствие своего движения отдельные молекулы воды и медного купороса, находящиеся около границы раздела этих жидкостей. Граница становится расплывчатой, так как молекулы медного купороса попадают в нижний слой воды и, наоборот, молекулы воды попадают в верхний слой раствора медного купороса. Затем часть этих молекул обменивается местами с молекулами, лежащими в следующих слоях. Граница раздела жидкостей становится еще более расплывчатой. Так как молекулы движутся непрерывно и беспорядочно, то этот процесс приводит к тому, что вся жидкость в сосуде становится однородной.
      В газах диффузия происходит быстрее, чем в жидкостях Если в комнату внести какое-нибудь пахучее вещество, например нафталин, то очень скоро запах нафталина будет ощущаться во всей комнате. Значит, туда проникают молекулы нафталина — происходит диффузия. Молекулы нафталина, сталкиваясь с молекулами воздуха и двигаясь во все стороны беспорядочно, разлетаются по комнате во всех направлениях.
      Явление диффузии происходит и в твердых телах, но очень медленно. В одном из опытов гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили одна на другую и сжали грузом. При обычной комнатной температуре (около 20° С) за 5 лет золото и свинец срослись, взаимно пройикнув друг в друга на расстоянии 1 мм. Получился тонкий слой из бплава золота со свинцом.
      Диффузия имеет большое значение в жизни человека и животных. Так; например, кислород из окружающей среды благодаря диффузии проникает внутрь организма через кожу человека. Питательные вещества благодаря диффузии проникают из кишечника в кровь животных.
      Диффузия происходит и при спайке металлических деталей.
     
      1. Что такое диффузия? Опишите опыт, в котором наблюдают диффузию жидкостей. 2. Как объясняется диффузия с точки зрения молекулярного строения вещества? 3. При каких процессах и как происходит диффузия в организме человека и животных?
      Упр. 1. На каком явлении основана засолка огурцов, капусты, рыбы и
      других продуктов?
      2. В воде рек, озер и других* водоемов всегда содержатся молекулы газов, входящих в состав воздуха. Благодаря какому явлению попадают эти молекулы в воду? Почему они проникают до дна водоема? Опишите, как происходит при этом перемешивание воздуха с водой.
     
      ЗАДАНИЕ
      Налейте в стакан холодной воды к опустите на дно его кусочек сахару. Не перемешивая воду, осторожно пробуйте ее у поверхности. Определите, через какое время молекулы сахара попадут в верхний слой воды. Объясните явление.
     
      БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
      Для дополнительного чтения
      К числу основных опытных доказательств того, что молекулы движутся, относится явление, которое первым наблюдал в 1827 г. английский ботаник Броун, рассматривая в микроскоп споры растений, находящиеся в жидкости.
      Подобный опыт можно проделать, пользуясь краской или тушью, предварительно растертой до таких мельчайших крупинок, которые видны лишь в микроскоп. Размешав краску в воде, рассматривают полученную смесь в микроскоп (рис. 17).
      Если проделать такой опыт, то можно увидеть, что крупинки краски непрерывно движутся. Самые мелкие из них беспорядочно перемещаются из одного места раствора в другое, более крупные лишь беспорядочно колеблются. Такое перемещение спор растений в жидкости и наблюдал Броун. Поэтому движение очень мелких твердых частиц, находящихся в жидкости, и называют броуновским движением.
      Наблюдения показывают, что броуновское движение никогда не прекращается. В капле воды (если не давать ей высохнуть) движение крупинок можно наблюдать в течение многих дней, месяцев, лет. Оно не прекращается ни летом, ни зимой, ни днем, ни ночью. В кусках кварца, пролежавших в земле тысячи лет, попадаются иногда капельки воды, замурованные в нем. В этих капельках тоже наблюдали броуновское движение плавающих в воде частиц.
      Причина броуновского движения заключается в непрерывном, никогда не прекращающемся движении молекул той жидкости, в которой находятся крупинки твердого тела. Конечно, эти крупинки во много раз крупнее самих молекул, и когда мы видим под микроскопом движение крупинок, то не следует думать, что мы видим движение самих молекул. Молекулы нельзя видеть в обычный микроскоп, но об их существовании и движении мы можем судить по тем ударам, которые они производят, толкая крупинки краски и заставляя их двигаться.
      Можно привести такое сравнение. Группа людей играет на воде в огромный мяч. Они толкают мяч руками, и от толчков мяч движется то в одном, то в другом направлении. Если наблюдать эту игру издали, то людей не видно, а беспорядочное движение, мяча происходит как будто без причины.
      Так же мы не видим молекул, но понимаем, что от их толчков непрерывно и беспорядочно двигаются крупинки краски.
      Открытие броуновского движения имело большое значение для изучения строения вещества. Оно показало, что тела действительно состоят из отдельных частиц — молекул и что молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении.
     
      11. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ И ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА
      Такие явления, как, например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов, кипение воды, называются тепловыми явлениями.
      Мы знаем, что при нагревании холодная вода сначала становится теплой, а затем — горячей. Нагретая печь постепенно охлаждается, а воздух в комнате нагревается.
      Словами «холодный», «теплый», «горячий» мы называем тепловое состояние тел. Одной из величин, характеризующих тепловое состояние тел, является температура.
      Температура горячей воды выше температуры холодной. Зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом.
      Температуру тела, как известно, измеряют термометрами. Единицей температуры служит градус.
      Если наблюдать диффузию жидкостей в двух сосудах, один из которых в начале опыта помещен в холодное место, а другой в теплое, то можно обнаружить, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Это означает, что скорость движения молекул и температура тела связаны между собой.
      Чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его температура.
      Теплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная. Разница заключается в том, что молекулы теплой воды движутся быстрее, чем молекулы холодной воды.
     
      1. Какие тепловые явления вы знаете? 2. Как протекает диффузия при более высокой и более низкой температурах? 3. Как связана температура тела с быстротой движения его молекул? 4. Чем отличается движение молекул холодной от движения молекул теплой воды?
      Упр. 1. Почему сахар и соль быстрее растворяются в горячей воде, чем в холодной? 2. В каком рассоле — горячем или холодном — быстрее просаливаются огурцы? Почему?
     
      12. ВЗАИМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ И ОТТАЛКИВАНИЕ МОЛЕКУЛ
      Мы видим, что твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы, несмотря на то что молекулы разделены промежутками и находятся в непрерывном беспорядочном движении. Значит, есть причины, удерживающие молекулы друг около друга, не позволяющие им разлетаться.
      Тела не только не распадаются на отдельные молекулы, но твердое тело даже трудно растянуть или разломать. Чем же объяснить, что молекулы в телах не только удерживаются друг около друга, но и в некоторых случаях промежутки между ними трудно увеличить? Дело в том, что между молекулами существует взаимное притяжение. Каждая молекула притягивает к себе соседние молекулы и сама притягивается к ним.
      Однако, если мы разломим кусочек мела на две части и снова составим их, то они не будут удерживаться друг около друга. Почему?
      Притяжение между молекулами становится заметным лишь тогда, когда они находятся очень близко одна от другой. Уже на расстояниях, размером несколько больше самих молекул, притяжение молекул значительно ослабевает. Ничтожно малой щели между частицами мела (меньше 0,000001 см) уже достаточно, чтобы притяжение между молекулами значительно ослабло. А вот куски мягкого материала, например замазки, слипаются легко. Происходит это потому, что куски замазки можно сблизить на такое расстояние, на котором действует притяжение молекул.
      Кусочки расколотого стекла не слипаются друг с другом. Если же края осколков нагреть так, что они начнут плавиться, то их
      можно прочно соединить. На этом основано действие жидкого припоя, который употребляют при пайке. Два куска свинца, приложенные друг к другу свежими срезами, слипаются и не разрываются даже при сравнительно большой нагрузке (рис. 18).
      Итак, между молекулами существует взаимное притяжение, которое проявляется заметно на расстояниях, размером меньше самих молекул.
      Но тогда возникает вопрос: почему существуют промежутки между молекулами? Казалось бы, молекулы должны притянуться друг к другу и «слипнуться». Не происходит этого потому, что при большом сближении молекулы отталкиваются друг от друга. Что такое отталкивание существует, видно из многих явлений, например, сжатые тела распрямляются потому, что при сжатии мы очень сближаем молекулы и они отталкиваются друг от друга.
     
      1. Почему твердые и жидкие тела не распадаются сами собой на отдельные молекулы? 2. При каких условиях притяжение между молекулами заметно? 3. Почему два куска мела не соединяются при сдавливании, а два куска замазки или свинца соединяются? 4. Какие явления указывают на то, что молекулы не только притягиваются друг к другу, но и отталкиваются?
     
      13. ТРИ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
      Зимой вода на поверхности озер и рек замерзает, переходит в твердое состояние — лед. Подо льдом вода остается жидкой (рис. 19). Здесь мы можем одновременно видеть два различных состояния воды — твердое (лед) и жидкое (вода). Существует и третье состояние воды — газообразное: невидимый водяной пар находится в окружающем нас воздухе.
      Жидкую ртуть можно увидеть в резервуаре термометра. Над поверхностью ртути находятся ее пары, они представляют собой газообразное состояние ртути. При температуре -39° С ртуть отвердевает — переходит в твердое состояние.
      На примере воды и ртути мы видим, что вещества в природе могут находиться в трех состояниях: в виде твердого тела, жидкости и газа. Свойства тел в разных состояниях различны.
      Твердое тело в обычных условиях трудно сжать или растянуть, оно сохраняет свой объем. И для изменения формы твердого тела, например, чтобы согнуть его или разорвать, нужно приложить усилие (рис. 20).
      Сохранение объема и формы — свойство твердых тел.
      Жидкость легко меняет свою форму, она принимает форму того сосуда, в который ее наливают. В обычных условиях только маленькие капельки жидкости имеют свою форму — форму шарика. Например, такие шарообразные капельки воды можно видеть при выпадении росы (рис. 21).
      Свойством жидкости легко изменять свою форму пользуются, когда изготавливают посуду из жидкого стекла (рис. 22).
      Форму жидкости изменить легко, но вот объем ее изменить трудно. Сохранилось описание одного исторического опыта, в котором воду пробовали сжать таким способом: ее налили в свинцовый шар и шар запаяли, чтобы вода не могла выливаться при сжатии. После этого ударили по свинцовому шару тяжелым молотом, чтобы шар сжался и сжал воду. И что же? Вода не сжалась, она просочилась сквозь стенки шара.
      Следовательно, жидкости сохраняют объем, но легко меняют свою форму.
      Многие газы прозрачны и бесцветны, поэтому мы их не видим. Мы не видим, например, воздух. Но при быстром движении, находясь в автомобиле, поезде, а также когда дует ветер, мы замечаем присутствие воздуха вокруг нас.
      Опустим в воду перевернутый вверх дном стакан — вода не войдет в стакан, потому что он занят воздухом. Если опускать в воду воронку, соединенную резиновым шлангом со стеклянной трубкой (рис. 23), то воздух будет выходить из воронки через трубку. Оба эти опыта показывают, что газ занимает объем. Объем газа довольно легко изменить, — в этом существенная разница между жидкостью и газом. Газ может быть сильно сжат. Даже руками можно сжать воздух в мяче так, что объем его заметно уменьшится.
      Газы имеют еще одно особенное свойство, какого нет у твердых тел и жидкостей, а именно они занимают полностью весь предоставленный им объем.
      Газы не имеют собственной формы, они принимают форму того помещения или сосуда, в котором находятся: комнаты, баллона, бутыли.
      Итак, у всех газов есть общие свойства: газы не имеют постоянного объема и собственной формы — заполняют нацело весь предоставленный им объем, они сжимаемы в тысячи раз более, чем жидкости.
     
      1. Назовите вещество, которое можно часто видеть в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. 2. Назовите общие свойства твердых тел. 3. Какие жидкости вы знаете? Перечислите общие свойства жидкостей. 4. Каковы общие свойства газов?
      Упр. 1. Тело сохраняет свой объем, но легко меняет форму. В. каком 4 состоянии находится вещество, из которого состоит это тело?
      2. Тело сохраняет свой объем и форму. В каком состоянии находится вещество, из которого состоит это тело? 3. Приведите примеры использования свойств твердых тел и жидкостей в технике.
     
      14. РАЗЛИЧИЕ В МОЛЕКУЛЯРНОМ СТРОЕНИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
      Лед, вода и водяной пар — три состояния одного и того же вещества - воды. Значит, молекулы льда, воды и водяного пара не отличаются друг от друга.
      Следовательно, эти три состояния различаются не молекулами, а тем, как молекулы расположены и как движутся. Как же расположены и как движутся молекулы газа, жидкости и твердого тела?
      Газ можно сжать так, что его объем уменьшится в несколько раз. Значит, в газах расстояния между молекулами большие, много больше размеров самих молекул. В среднем расстояния между молекулами газов в десятки раз больше размера молекул. На таких расстояниях молекулы очень слабо притягиваются друг к другу. Поэтому-то газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Нельзя наполнить газом, например, половину бутылки (рис. 24, а) или стакана, так как, двигаясь во всех направлениях и почти не притягиваясь друг к другу, молекулы быстро заполнят весь сосуд (рис. 24,6).
      Свойства жидкостей объясняются тем, что промежутки между их молекулами малы: молекулы в жидкостях упакованы так плотно, что расстояние между каждыми двумя молекулами меньше самой молекулы. На таких расстояниях притяжение молекул друг к другу уже значительно. Поэтому молекулы жидкости не расходятся на большие расстояния и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объем (рис. 24, в). Однако притяжение молекул жидкостей еще не настолько велико, чтобы жидкость сохраняла свою форму. Этим объясняется, что жидкости принимают форму сосуда и их легко разбрызгать и перелить в другой сосуд.
      Сжимая жидкость, мы сближаем ее молекулы настолько, что они начинают отталкиваться. Вот почему жидкость так трудно сжать.
      Твердые тела в обычных условиях сохраняют и объем, и форму. Это объясняется тем, что притяжение между их частицами еще больше, чем у жидкостей. Некоторые из твердых тел, например снежинки, имеют естественную правильную и красивую форму.
      Частицы (молекулы или атомы) большинства твердых тел, таких, как лед, соль, нафталин, металлы, расположены в определенном порядке. Такие твердые тела называют кристаллическими. Хотя частицы таких тел и находятся в движении, но каждая из них движется около определенной точки, подобно маятнику часов, т. е. колеблется. Частица не может переместиться далеко от этой точки, поэтому твердое тело сохраняет свою форму.
      На цветной вклейке I, в середине, показано расположение молекул одного и того же вещества — воды — в разных состояниях: а — твердом (лед), 6 — жидком (вода), в — газообразном (водяной пар). На вклейке II показано расположение частиц в кристалле золота.
      Одним из основателей учения о молекулярном строении вещества был великий русский ученый М. В. Ломоносов. Вот как представлял себе М. В. Ломоносов строение газов: «Частицы газа сталкиваются с другими соседними в беспорядочной взаимности, отскакивают друг от друга и снова сталкиваются с другими, более близкими, снова отскакивают, так что стремятся рассыпаться во все стороны, постоянно отталкиваемые друг от друга такими очень частыми взаимными ударами».
      На основе представлений о молекулах Ломоносов объяснял многие явления.
     
      1. Имеется ли отличие между молекулами льда, воды и водяного пара? 2. Как расположены молекулы газов? 3. Почему газы заполняют весь предоставленный им объем? 4. Чем объясняется очень малая сжимаемость жидкостей? Почему они не сохраняют свою форму? 5. Почему кристаллические твердые тела сохраняют свою форму и объем? 6. Кого из русских ученых считают основателем учения о строении вещества?