3. VLASTNOSTI LATEK KAPALNYCH HRNECKU /^>-T^^ f--u -^^;5_t,'l^.? #DA?^ "' Kdekterui kuchafka by moznd uvitala, kdyby alespoi ndco z toho, co se odehrdvd v pohddce Hmeiku vai byla pravda. Hrneiek na obrdzku viak vaii pitlii a vdime, ze svoji iinnost omezt, hned jak porozumi instrukci. Fyzika bohuiei nedolcdie vysvdtlit ddje, kterd uvniti tohoto pohddkovdho hmce probthaji. 3.1. Proi kapaliny teiou Kapalinu dovedeme od l6tky pevn6 odlilit velmi snadno. MriZeme ji totiz pieldvat z n6doby do nddoby a vzdy zaujme tvar tdto nddoby. Je to moznd proto, Ze na rozdil od pevnich l6tek nejsou molekuly v kapilind vz6jemne vaziny v urdiqfch poloh6ch, nfbrz jsou vorn6. pfisolenim-velmi maie sily 1!1eme molekuly v celdm objemu kapaliny piemistovat, lehce se n6m podaii- zmdnit tvar kapaliny. podobnd jako mirni vitr zvlni hladinu rybnika, mfizeme i my pouhim fouknutim zdefit hladinu vody v misce. Piiyraute si do iedni laidinly trochu obarvend vody a do druhd trochu iistd.-.., vody- Kapaliny opatrnd slijte a potom lehce promiihejte tyiinkou. J ztoho, Le jil nelzerozti5it, kter6 d6st vody byla obarvend, usuzujeme na promich6ni molekul obou kapalin a tim i na jejich volnost. Yq9"l kapaliny mtzeme vyrvoiit pomoci syplcich lerck. Kdyz nasypeme do f4dintv napi mdk a s kiidinkou zatiepeme, zrnka maku se uipoi6daji asi tak iako jsou molekuly v kapalind a celkem dobie ukazuji i hladinu. MriZe n6s napadnout, ze pfibliznd kulatl zrnka m6ku nevyplni prostor riplne, nibrz mezi iednotlivimi zrnky zrist6vaji mal6 mezery. I v kapalind je tornu podobnd.
KdyZ smichr{me zrnka hrachu se zrnky miiku, vidime, Ze men5i zrnka mdku pronikla mezi zrnka hrachu a cely prostor je vice zaplnen. Nyiri provedeme smichdni dvou ruznfch kapalin. Zkumavku asi z pokiviny naplrtte vodou a pak opatrnd ai po okrai doliite lfh. Uchopte zkumavku, palcemji uzaviete a protiepeite. Co pozoruiete? Lih se promichal s vodou, av5ak smds obou l6tek m6 men5i objem nel ie soudet p0vodnich objemri vody a lihu. Pokus prokdzal, Ze molekuly obou 16- tek jsou rfiznd velk6 a Ze se promichaly podobnd tak, jako hr6ch s m6kem. Molekuly jednd kapaliny pronikly mezi molekuly druh6 kapaliny. K ZAPAMATOVANI: omolekuly kapalin se pohybuji v cel6m objemu kapaliny. o Kapalina vzdy zaujimd tvarirddoby. 3.2 NEkterd vlastnosti kapalnfch tdtek ' Mezi nejbdzn6ji uzivand kapaliny patii voda, at jiz disti nebo jako souddst jinich kapalin, napl ml6ka nebo dal5ich nripojt. Benzin a nafta jsou kapaln6 paliva pro motorov6 vozidla. Pro spr6vnou dinnost motoru je nutnd pouzivat oleje. Do barev se pfid6vaji iedidla. K pfipravd pokrm& se pouzivaji rostlinn6 oleje. Kapalinou je i med. Do jednd laidinly dejte trochu vody a do druhd piibliind steind mnoisni medu. Obd ldtlqt vylijte. Dobie pozorujte prftbdh vytdluini. Voda vytdkala mnohem rychleji nez med. Pfi vyt6kdni kapalin vznikd vnitfni tleni, tj. tieni mezi molekulami. Toto teni je u ruznlich kapalin ruznd velk6. NeS pokus prok6zal vdtsi tleni mezi molekulami medu nez mezi molekulami vody. Men5i vnitfni tieni nez voda m6 napfiklad benzin nebo iedidla do barev' Naopak ldva vyvrlend z krifieru sopky je velmi hustou kapalinou. Po svazich tede rychlosti mnohem mensi nez by tekla voda. Prdvd poznanou vlastnost kapaliny nazyv 6me tekutost. Vzpomeilme, jak jsme prov6ddli_ pokus, pfi kterdm jsme smichali lih a vodu. Objem smichand kapaliny byl rirensi nez soudet objem& lihu a vody. hok6- zaly se tak mezery mezi molekulami. Proto se nabizi otizka, zdalze kapalinu stladit, napf. pistem v uzavfend n6dobe. 96
Do plastovd injekini sfiikaclcy nasajte trochu vody. Dbejte na to, aby pod pistem nebyla vzduchovd bublina. Prstem potom uzaviete otvor a snaite se A oiitom stlaiit nist. Co jsme pozorovali? Pokud'byl vytokovf otvor volnf, pistem jsme velmi snadno kapalinu vytladovali. Pfi jeho uzavlent jrl nebylo moznd pist posunout ani o kousek. Prokazali jsme,le kapaliny jsou nestlaiiteln6. Je to zpfisobeno odpudivfmi silami mezi molekulami. Situaci mtzeme vyj6diit ijednoduchlim modelem. Na obrrlzku 56a m6me molekuly vody znizomdn6 zrnky m6ku a na hladinu ptsobi tthazixaii podlozendho Zeleznou destidkou. Thto sila nezpflsobi zmen5eni objemu m6ku. KdyZ misto mdku pouzijeme vodu (viz obr. 56b) a na jeji hladinu polozime destidku velmi plesnd pfildhajici ke stdne k6dinky, po pfilozeni zixa\i takd nedojde ke zmen5eni objemu vody. a b -56. Ncstlaiitc-lnost kapaliny o Kapaliny jsou t6mei nestlaiiteln6.*) (rlorry 1. Proi je velmi nebe4teini otvirat zaaitkovanou plnou hihev tak, Ze by- H chom vtlaiovali aitku do Inhve? ru 2. Jak bychom si pomohli, kdyby piece jen bylo nutnd afrtku vtlniit dovnitf, X protoie jijinak vyndat nelze? 3. Ze 6. roiniku vite, le kapaliny pii zphi{vdni zvit{uji svfrj objem. Proi je rovnii, nebezpeini pokoulet se o vytlaieni zflt@ kapalinoa, kteroy budeme zahiivat? *; Velmi malii stladitelnost se projevi teprve pfi obrovskdm tlaku, kterli v praxi tdzko docilime. 97
3.3 Jak6 vlastnosti m6 hladina kapaliny Nadpis viis mozn6 piekvapil. Na prvni pohled se hladina vody nijak neodli- Suje od vody v jinlich mistech n6doby. Nalijeme-li vodu do ndjakd nridoby, teleso vody zaujim6. urdity objem a od okolniho prostoru je oddeleno jednak stdnami n6doby a jednak hladinou. Hladina je ostrou hranici mezi kapalinou a okolnim prostorem. U klidnd kapaliny povazujeme hladinu za ddst vodorovnd roviny. Pokusy, kterd si nyni provedeme, v5ak ukdzi ndkterd dal5i vlastnosti vodni hladiny. Na hladinu studend vody v misce opatrnd poloite (napi. pomoci vidliilcy ) p ade s dtihal d iov ou minci (viz obr 57). Pozorujte hladinu vody okolo mince. Druhf padesdtihaldi do vody pust'te kolmo. il Nlittec nu hlurlitti' r oilr Piekvapila nds jiz ta skutednost, Ze kovov6 mince opatrnd polozen6 na hladinu se nepotopi, i kdyz na5e dosavadni zku5enosti uk6zdly, Ze kovovd telesa ve vodd klesaji ke dnu. Mince na hladind povrchovou bliinu pouze prohnula, nepronikla v5ak ji. Minci zkusme trochu zatilit. KdyZ naldmeme z6palku na mald kousky, mtzeme ji pomoci pinzety pdknd na minci naskl6- dat. Padesdtihal6i postavenf kolmo k hladind rychle klesl ke dnu. Hladiny vody v misce se opatrnd dotkndte hrotem ipendliku. Ze strany pozorujte hladinu pii dotyku a pli pomaldm zvednutf ipendliku (viz obr 58). Pokus uk6zal opdt mal6 prohnuti hladiny pii dotyku, ale pii ipomal6m zve- d6ni Spendliku se hladina zpoddtku Spendliku,,drZela" a pak teprve opadla. Pokusy nds piesveddily o tom, Ze na hladind vody je povrchovs bl6na, kter6 mi4 urditou pevnost a pruinost, ffkdme, Ze v hladind kapaliny prisobi povrchov6 nap6ti. Tato bl6na je slozena takd 5fi. Sptrrdlik zictiujici hlatlirtlr votir. 98
z molekul vody, ma v5ak odli5nd vlastnosti nez ostatni voda v misce. Mohli bychom ji pfirovnat k trampolind. Misku se studenou vodou umistdte nad knhan a opdt na hladinu pololte hlinikovou minci. Potom zapalte kahan a dbejte, aby se voda zahiivala velmi @ pomalu. Co potorujete? AniZ jsme se mince dotkli, pfi urdit6 teplotd vody klesla ke dnu. Pevnost povrchov6 bl6ny jsme zmen5ili zvfbenim teploty vody. MiZeme zkusit minci vylovit a opet se snazit polozit ji na hladinu. Pozn6me, Le v tepl6 vodd se minci na hladinu umistit nepodaii. Pevnost povrchov6 bl6ny je zinislf na teplotd kapaliny. S rostouci teplotou se zmen5uje. Abychom mohli poznat i dalsi vlastnosti povrchovd bldny, provedeme dal5i pokus opdt se studenou vodou., Na hladinu vody v misce poloite opatrnd dvd aipallq tak, aby byly rovno- q4\- bdini a leiely asi I cm od sebe. E J Zdpalky se k sobe samy zvolna pfiblizuji, az se dotknou. Pokud pololime z6- palky blizko okraje vody, posunou se k okraji hladiny. Povrchov6bl6na pfisobila na zdpalky silou tak6 ve vodorovn6m smdru. Opdt polozte na hladinu rovnobdind dvd zdpallq a dotkndte se hladiny mezi e, nimi zdpalkou namoienou v saporuitu. Nyni z6palky prudce od sebe odskodily. Saponrit vlraznl zmdnil vlastnost povrchovd bl6ny. Zkusme nyni k6pnout saponet do jin6ho mista hladiny. Pozorujeme, Le ztryalky pied sapondtem,,utikaji". Bylo by tak zajimavl zjistit, zda se nedil povrchov6 blina od kapaliny oddelit a zda bychom si ji pak nemohli l6pe prohl6dnout. Vzpomeilme, existuje piece ddtsk6 hradka - bublifuk. KrouZkem z plastu promich6me mydlovj roztok. Kapalina,zachyceni na krouzku, vytvoii povrchovou bl6nu, kterou pak vyfukujeme. Piipravte si mjdlouj nebo sapondtorry roztok a namdiejte do ndj rfiznd tvarovand dnity (obr 59). Po jejichvyjmuti si dobie prohlidndte tvary, kteri.se nn A zohlbanim dnitu vytvoiily. Vyzkouiejte takc pevnost bldny napi. dotykzm..ndjabjm zakulacenj,m piedmdtem. 59. Mlldlovh blhna na dr6tu 99
T! rtznd tvary, llerd vidime na dr6tech, jsou vytvoleny pouze povrchovou blanou kapaliny. V5imndme si, Ze se ruznd prohjb6, propojuje'nejbliz5i d6sti dr6tu, a to tak, aby byla co nejmen5i. Prod se nepodafi pokus provdst s obydejnou vodou? Je to proto, Ze povrchov6 bl6naje v obydejnd vodd bezplisad pout6na k ostiltnim molekul6m vody vdt5i silou nez u midlovdho roztoku. Cim menli je povrchovd napeti v bl6nd, tim l6pe kapalina pfilne k l6tce. Ndco navic * Pii ltol.rtrtn'titti stutldttkt' ttebo klitlnclut.jc;.irka nrilenc vitlit drobni ltnn':. 1xtht,- buj(t'i sc 1xt ltluditttt, uni! sc.vnot\i. Tiltu Iitltto tlrobnitlr!.it,otichfi jc nrcnii nc!. pet'- tto.sl ltovrclun,i bldrn wrly. 'k Nu obrti.-.ku 60 truintc pohlcd :.ltli:.ku rrrr.r/,!/ l''\'(/,1, ktcni prtivi tylc:.lu ;. t<ttlt. Povrclutvti hlrirru kuptk na.je.ji.srsti t,\'tt'oiilu..tt'di'ich t'ltlupti mull snr4*t', ktcrt utrtoi.- tiuji rtl'ltli' trltok vrrlt' :.'t'wlillut kt!.i(11r. Po rtikolikt nrittlrtticlt.jc t't'dra tttnii sucltci. + Poyr<lutr'[ ttultttti vodt jt'1tii tt'plttl 100 'C trtcrtii asi o 20% nci.pti tcploti 0 "C. V lutrki vnli sc suti:.t'1tct't'rtc!.vc.studctti. Tt:pld wtda stui:.c lttrrriki k vldkttftn ldtkt'u rxlslrotti trct'i.stolt'. Sttil.uti ltrn'rclutvdlut nalttrll wxlt'sc drt,stilute pou.'ititrt prucith prut.stfcdkfi (.;upotttitfr)- Tt'ltovrclttvc ttulttyti rutdv sni.'.uj1 r,icc ttcl jcji Icplota. Pntlo l:a s rtittti tityirttttt prtit ji! pi'i teplotdch 30 "C a!.60 "C. 100
ULOHY L afu je kapalina ohraniiena v ruidobi, kapce? 2. Proi deitnikem neprosdkne voda? 1. Vysffihnite ze itvrtle iipku podle obrdzku 61 a pol.oite ji na hldinu vody. Do vjiezu kdpnite sapondt. 2. Do vody ponoite kulatj velmi jemnj ititec, Herj pouzivdte na malovdnf. Jalc! tvar zaujimd svazek jeho vfuiken pod hladinou? Zmini se tento nar, kdyi ititec z vody vyjmete? Proi? 3. Pokuste se vyfouknout bublinu a umistit 6l. Papirovir iipka ji na stojdnek. 4. Sirfii zkumavku naplilte asi do polovinyvodou a outaite si vjiku jejt hladiny. Potom piisypte nikolik lliiek cukru a opdt outaite hladinu. Zkumavku zazitkujte a protiepejte, ai se cukr ro4rusti. Zminiln se v!ika hladiny? Co z toho m,fizete vyvodit o velikosti molekul cukru a vody? Pokus opakujte se solf nebo s jinou roqrustnou kdtkou. 1. Sklenku na vfno naplrtte al po okraj vodou. Potom do nt opqtmi vhazujte Spendlilq. Kolik se jich asi do sklenlcy vejde, nelvoda pieteie? Pozorujte pfinm ze strany hladinu. N m t 3.4 Molekuly v kapalind se pohybujf KdyZ se podiv6me na Saty dlovdka vzd6len6ho od nils ndkolik metrt, nepoznitme, Ze jejich l6tka je z vl6ken. To zjistime az pii velkdm pfiblizeni. Lupou pak mflzeme viddt zpravidla pravorihlou strukturu jednotlivych vl6ken oddvu. Podobnf probl6m budeme mit pfi snaze podivat se dovniti kapaliny. Tady ndm ov5em nepomtze ani pfiblizeni ani lupa, nebot molekuly jsou pfilis mal6. Provedeme proto takovy pokus, abychom se o vlastnostech molekul vody dovdddli vice prostfednictvim jin6ho, l6pe pozorovatelndho ddje. f::f3:;:"';:;;:liu' Do vodv necheite. padnout iedno zrniiko htpermnn- A Pfedevlim vidime zrnko klesnout ke dnu. Za sebou zanechalo 6zkou barevnou stopu, kter6 n6s ted bude zajimat nejvice. KdyZ ji budeme pozorovat l0l
ndkolik minut, pov5imneme si jejiho roz5iiov6ni. Z pozvoln ho roz5ilovilni barevnd stopy mtzeme usoudit, Le dochizi k promich6vrini rizkdho barevn6- ho sloupce s ostatni kapalinou. Je to zpfisobeno tim, Ze molekuly vody se pohybuji. Abychom poznali, charakter tohoto pohybu, provedeme trochu nrirodndj5i pozorovftri. PouZijeme k ndmu mikroskop, s kterim jste uz pracovali v piirodopise. Musime v5ak mit takovf, kterf zvet5uje aspoil 500 krel Na podloini skliiko dejte lapku mlika, piiloite tenki kryci skltcko a vloite pod mikroskop. Co pozorujete? Vidime drobnd ddstedky, kterd se pohybuji. Jsou to distedky tuku, kteqi je v ml6ce obsazen. T[kov6 hrudky jsou mnohon6sobnd vdt5i nez molekuly vody. Pozorujeme,Le se neust6le pohybuji kr6thim trhavym pohybem. Je to tim, Le do nich ze vlech stran narazeji molekuly vody. Kdyby pohyb molekul vody mdl ndjalci f6d, jistd by se,to projevilo i na hrudce tuku. Patrnd by se pohybovala jen urditfm smdrem. Ov5em z toho, Ze se pozorovan6 kousky ruku,,ti[esou" mtzeme usoudit na zcela chaotich.i pohyb molekul vody kolem nich. ProtoZe ddstedka tuku v ml6ce je vzhledem k molekuldm vody velmi tdzkrl, molekuly vody nar6zejici do ni ze vlech stran ji z ptvodni polohy pfilis nevychfli. Kdybychom jednu molekulu vody mohli ndjalcfm zprisobem oznadit a pak ji sledovali, viddli bychom jeji pohyb tak, jak je vyznaden na obr6zku 62. Zlomy ddry znamenaji, Le molekula narazlla do jind molekuly a proto zmdnila smdr. Podobnd se pohybuji v5echny molekuly kapalin. hotoze jejich pohyb nem6 Zddnou pravidelnost ani f6d, fikime mu neuspoiddanf pohyb molekul. Tirto vlastnost molekul kapalin mfizeme takd uk6zat na modelu vytvofen6m poditadem v programu FAMULUS. 62. Znizorn5nt neuspof{dan6ho pohybu molekul kapaliny. to2
Lze provdst pokus, kteri je sice velmi jednoduchf, ale pozorov6ni si vyzdda del5i das. Do vdtii laidinlq dejte trochu sl<nlice modrd a -' pak r -'-- doliite --- -'r' vodu. Pozoruite. jak docluizi ke zbarvovdnf vady. Skalice modr6 se postupnd rozpou$ti zabarvuje vodu ve svdm okoli. Postupem dasu se barevnd oblast stdle zvdtluje. Po ndkolika dnech bude zbarvenft jiz vsechna voda v k6dince. Je to tim, Ze molekuly vody i molekuly modrd skalice se neuspoi6dand pohybuji a plitom se promichdvaji' Pronik6ni molekul jedn6 l6tky mezi molekuly jin6 l6tky bez pfispdni vndjsi sily nazfv6me difiize. J omotekuly kapalin jsou v neustril6m?reuspof6dandm pohybu. Historicki poz.ndmky,r futktr 1827 sl.rlol.s(r' botdnik ktbcrt Brtnrtt (1773 l85it)yrl tttikntskttport pro- Itli?l p.tltn,d,1tl;vt. I)o kapkt'r'otlt'nusklit'ku tlul niktlik ptlrtt'tch:.nrck ltlttt'lttti tt pp lttikn'ti dul.iitrt.sk!iiktttr rttttfslil prcptrrdl lxxl mikroskrtp. Ktlt.' si 1A'lot'ti :,rnka prghlil.cl, piiputlulo trtu tclnti tlit,n(, Lc sl,pttltt'btrji. Natltil viiit,!.c jsttu Livd. Pt"tt- Io poktr.s pnn.t'tll.s vrxlou obsu!.t'ttttu v nlktlik nriliittti lt'l.slurltn kicntutlr, rtt'icnt glttyt 1tt:onn,ul pritt'b tt('(i.\lol.l/r'slrt11olrr1.si lrt tittt, Lc.i,srtu livti u ddlc jcvcnr rtijuk ttc.trbtr.trl. A! 1xt ntlpltrr Iettch.ft':.ik Albcrt l',ittstcin (1879, 1955) 1ti [ittu poht'brt pt'ltn'i'ch:r'nck t'r'.rt'zy11il.iakt dfisladt;k nau.sprtftitlttnttlttt poltt'bu ntolckul. Ur.orry 1. Kddinku naplrtte vodou a vhotte iednu kostku cukru. Pozoruite,iak se cukr rozpoiltt a sleduite, iak se mini tvar hromddlcy, Pozoruite, do iak velki vzddlenosti od kosttcy se dostalt nifuerd zrnka, Jak vypadd hro' mddka cukra za p,fil hodiny? Je pokus dfrknzem pohybu molekul vody? 2, Na dno kddinlcy deite zrnko hypermanganu. Pak naliite poddl stiny sklenice opatqna tuplou vodu. Popi.ite sv6 pozorovdni Dovedete vysvitlit, co pozorujete? I. Do sktenice naliite hoik! iai a vhodte ffi kostlcl culcru. Sklenici ponechejte v klidu. Asi zp inrt hodiny pomoc.i saciho brik4 Heri panoifrte tisni pod hladinu, iai ochutneite. Ochutndni opakuite napi. po dvou hodinrfch nebo druh! den. Kdy ie iai neivice sladk!? Proi? H t 103