Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů. Násobky jednotek název značka hodnota kilo k 1000 mega M 1000000 giga G 1000000000 tera T 1000000000000 Tělesa a látky Tělesa jsou všechny objekty kolem nás. Mají tvar a objem. (...) Látky jsou materiály, ze kterých se skládají tělesa. Mohou být ve skupenství pevném, kapalném, plynném. (.) Tvar a objem těles Pevná tělesa mají stálý tvar a objem. Tvar je možné změnit za použití velké síly. Kapalná tělesa mají nestálý tvar, ale stálý objem. Tvar je závislý na tvaru nádoby, ve které se kapalina nachází. Plynná tělesa mají nestálý tvar i objem. Objem těles měříme v litrech nebo v m 3. 1 m 3 = 1 000 l = 1 000 dm 3 = 1 000 000 cm 3 = 1 000 000 000 mm 3 1 dm 3 = 1 l = 0,001 m 3
Vlastnosti pevných látek Dle účinků působící síly můžeme pevné látky rozdělit na: křehké tvárné pružné Tvrdost - je definována jako odpor látky proti vnikání jiného tělesa. Kovy jsou pevné látky charakteristické dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí a kovovým leskem. V technické praxi se nejčastěji používá železo a jeho zušlechtěná podoba ocel. Vlastnosti kapalných a plynných látek Kapalné látky (kapaliny) mají tvar dle nádoby lze je přelévat hladina kapaliny se ustálí ve vodorovné poloze kapalné těleso má stálý objem kapalné látky jsou prakticky nestlačitelné Plynné látky jsou rozpínavé vyplní celý prostor jsou stlačitelné
Částicové složení látek Pevné látky mezi částicemi pevných látek působí velké přítažlivé a odpudivé síly, které způsobují, že pevné látky lze obtížně dělit a deformovat. lze rozdělit dle uspořádání částic ze kterých se skládají na: 1. Krystalické látky mají částice pravidelně uspořádané do tzv. Krystalické mřížky vznikají odpařením nebo ztuhnutím (led, sůl, modrá skalice, ocel,..) 2. Amorfní látky částice mají uspořádány nepravidelně (sklo, vosk, asfalt,...) Kapalné látky částice mají uspořádané nepravidelně částice na sebe působí přítažlivými a odpudivými silami přítažlivé síly jsou menší než u pevných látek Plynné látky částice mají uspořádané nepravidelně částice na sebe působí přítažlivými a odpudivými silami přítažlivé a odpudivé síly jsou menší než u kapalných látek
Stavba látek atom, molekula, prvek, sloučenina Všechny látky se skládají z velmi malých částic: atomů molekul vznikají sloučením dvou a více atomů Prvky jsou látky, které jsou složeny z atomu jednoho druhu. Sloučeniny jsou láky složené ze stejných molekul.
Atom elektronový obal neutrony jádro atomu - protony + + N N elektrony - Model atomu helia Atom se skládá z atomového jádra tvořeného protony a neutrony a elektronového obalu tvořeného elektrony. Atom má vždy stejný počet protonů a elektronů a je tedy elektricky neutrální. Elektron e - částice se záporným elektrickým nábojem (-1,602. 10-19 C) hmotnost m e = 9,1. 10-31 kg Proton p + částice s kladným elektrickým nábojem (1,602. 10-19 C) hmotnost m p = 1,67. 10-27 kg Neutron n 0 částice bez elektrického náboje elektricky neutrální hmotnost m n = 1,67. 10-27 kg
Difúze samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice látky druhé. Brownův pohyb neustálý a neuspořádaný pohyb částic
Iont je atom, který má různý počet protonu a elektronů. Není tedy elektricky neutrální. Elektron lze z atomu uvolnit dodáním energie (třením, zahřátím,...). Kladný iont (počet protonů > počet elektronů) je atom který má více protonů než elektronů (přišel o jeden či více elektronů) Záporný iont (počet protonů < počet elektronů) je atom který má více elektronů než protonů (přijal jeden či více elektronů) Elektroskop přístroj sloužící k indikaci elektrického náboje
Magnetické vlastnosti látek Magnet je těleso, které ve svém okolí vytváří magnetické pole. Magnety dělíme na - přírodní (magnetovec) - umělé (vyrobeny z feritů) Magnetické pole se projevuje silovými účinky na magnety a feromagnetické látky umístěné v jeho dosahu. zobrazujeme pomocí indukčních čar, které nám zobrazují směr silového působení magnetického pole. se objevuje vždy tam, kde se pohybují elektricky nabité částice Feromagnetické látky jsou přitahovány magnety (železo, kobalt, nikl, ocel,...) Souhlasné póly magnetu se odpuzují a opačné přitahují.
Magnetka magnet zhotovený z tenkého ocelového plechu otáčivý kolem své osy.
Magnetizace látky - je jev při kterém se těleso z feromagnetické látky umístěné v magnetickém poli stane magnetem (zmagnetuje se). Magneticky měkká látka po zániku vnějšího magnetického pole přestává být magnetem. Magneticky tvrdá látka po zániku vnějšího magnetického pole zůstává trvalým magnetem.
Magnetické pole Země odkaz do učebnice je podobné magnetickému poli tyčového magnetu. nás chrání před kosmickým zářením a slunečním větrem.
nám umožňuje pomocí kompasu určovat světové strany. Kompas je přístroj jehož základem je magnetka.
Fyzikální veličiny jsou vlastnosti těles, které můžeme změřit nebo spočítat.(délka, hmotnost, objem, teplota, hustota,..) Každá fyzikální veličina má značku, číselnou hodnotu a jednotku. Např. hmotnost: m = 14 kg Značky vám jistě známých fyzikálních veličin Fyzikální veličina Značka hmotnost m délka d, l, s, h,... čas objem teplota obsah rychlost hustota t V T S v ϱ
Soustava SI (zkratka z francouzského Le Système International d'unités) je mezinárodně domluvená soustava jednotek fyzikálních veličin, která se skládá ze: základních jednotek Základní jednotky odvozených jednotek (jednotky odvozené ze základních jednotek např. jednotka objemu m 3 = m.m.m) násobků a dílů jednotek Jednotka Značka jednotky Fyzikální veličina metr m délka kilogram kg hmotnost sekunda s čas ampér A elektrický proud kelvin K Termodynamická teplota mol mol Látkové množství kandela cd Svítivost Násobky jednotek název značka hodnota deka da 10 hekto h 100 kilo k 1000 mega M 1000000 giga G 1000000000 tera T 1000000000000 Díly jednotek název značka hodnota deci d 0,1 centi c 0,01 mili m 0,001 mikro µ 0,000001 nano n 0,000000001 piko p 0,000000000001
Délka - je fyzikální veličina, která nám říká jaká je vzdálenost mezi dvěma místy. Pro označení délky používáme různá písmena, nejčastěji: d, l, s, h, Základní jednotkou délky je metr Naměřenou délku místnosti zapíšeme: l = 5,4 m Metr je definován v soustavě SI jako vzdálenost, kterou urazí světlo ve vakuu za 1/299792458 s. Nejčastěji používané násobky a díly pro jednotku metr: Název Značení Metrů kilometr km 1000 decimetr dm 0,1 centimetr cm 0,01 milimetr mm 0,001 mikrometr µm 0,000001 1 km = 1 000 m = 10 000 dm = 100 000 cm = 1 000 000 mm = 1 000 000 000 µm 1 m = 0,001 km = 10 dm = 100 cm = 1 000 mm = 1 000 000 µm km m dm cm mm µm 1000 10 10 10 1000 Nemetrické jednotky délky používané v současnosti v USA: ( uvádím pouze pro zajímavost) Legua 4828,032 m Míle 1609,4 m Yard 0,9144 m Stopa 0,3048 m Palec 0,0254 m Příklady na převody jednotek 30 dm = m 4,5 km = m 450 mm = m 230 cm = m 64 cm = mm 550 m = km 3,4 dm = cm 3,4 dm = mm 3,4 dm = m 780 mm = m 43 m = cm
Měření délky porovnávání rozměrů těles se stupnicí na délkových měřidlech provádíme délkovými měřidly (pásmo, metr, posuvné měřítko, mikrometr) Měření posuvným měřítkem: http://zvlasak.net/odyss_v1.htm Chyba měření Při měření může dojít k chybě měření jejíž velikost by neměla být větší než ½ nejmenšího dílku na měřidlu. Úkol: Zjistěte pomocí doma běžně dostupných měřidel tloušťku jednoho listu v učebnici fyziky.
Objem V patří mezi odvozené jednotky a udává nám jak velký prostor těleso zabírá. základní jednotkou objemu je metr krychlový: m 3 = m. m. m (tato jednotka je odvozena z jednotky délky) značíme písmenem V můžeme určovat: 1. Výpočtem pomocí vzorců 2. Pomocí odměrných válců a různých odměrek 3. Pomocí speciálních měřidel (v domácnosti: vodoměr, plynoměr) Těleso o objemu 1 m 3 si lze představit jako krychli o délce hrany 1m. 1 m V = 1 m 3 1 m 1 m 1 m 3 = 1 000 dm 3 = 1 000 000 cm 3 = 1 000 000 000 mm 3 Pro určení objemu kapalin, plynů a vnitřních prostor se často používá jednotka litr. 1 l = 1 dm 3 1000 l = 1 m 3 Používané díly jednotky litr decilitr centilitr mililitr 1 dl = 0,1 l 1 cl = 0,01 l 1 ml = 0,001 l 1 l = 10 dl = 100 cl = 1000 ml decilitr centilitr mililitr
Hmotnost m patří mezi základní fyzikální veličiny. značíme písmenem m měřící přístroj pro určování hmotnosti se nazývá váha. Základní jednotkou hmotnosti je kilogram - kg Kilogram kg je definován jako hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu, který je uložen v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy v Severes u Paříže. patří mezi základní jednotky SI Používané jednotky hmotnosti miligram mg 1 mg = 0,001 g gram g 1 g = 1000 mg = 0,001 kg kilogram kg 1 kg = 1000 g = 1 000 000 mg metrický cent q 1 q = 100 kg tuna t 1 t = 10 q = 1000 kg 1 t = 10 q = 1 000 kg = 1 000 000 g = 1 000 000 000 mg t 10 q 100 kg 1000 g 1000 mg
je odvozená fyzikální veličina označujeme ji řeckým písmenem (ró) její základní jednotkou je kg m 3 Hustota Hustotu tělesa určíme, když jeho hmotnost vydělíme jeho objemem. hustota= hmotnost objem ρ = m V Postup výpočtu hustoty: převedeme hmotnost na základní jednotky (kg). převedeme objem na základní jednotky (m 3 ) dosadíme v základních jednotkách hmotnost a objem do vzorce ρ = m V provedeme výpočet (vydělíme hmotnost objemem) u výsledku nezapomeňte uvést jednotky kg m 3 Vzorové řešení výpočtu hustoty: Vypočítejte hustotu dřevěného tělesa o objemu 1500 dm 3 a hmotnosti 0,75 t. V = 1500 dm 3 = 1,5 m 3 m = 0,75 t = 750 kg =? ρ= m V ρ= 750 1,5 ρ =500 kg m 3 Hustota dřevěného tělesa je 500 kg/m 3.
Hustoty látek Látka Hustota [kg.m-3] Látka Hustota [kg.m-3] Asfalt 1300 Plexisklo 1180 Azbest 2 100-2 800 Porcelán 2 100-2 400 Bakelit 1300 PVC 1 200-1 500 Beton 2 300-2 400 Rašelina 330-410 Bronz 7 800-8 800 Rula 2 400-2 700 Celuloid 1400 Sklo 2 400-2 800 Cihla 1 800-2 400 Stříbro 10500 Cín 7310 Sůl kuchyňská 2160 Cukr 1600 Šedá litina 7250 Čedič 2900 Teflon 2 100-2 300 Diamant 3500 Titan 4540 Dřevo (balsa) 100-300 Uhlík 2250 Dřevo (dub) 630-720 Vápenec 2 000-2 900 Dřevo (jasan) 560-640 Vosk 950-980 Dřevo (jedle) 480-560 Woodův kov 9700 Dřevo (mahagon) 700 Wolfram 19300 Dural 2800 Země 5515 Grafit (tuha) 2100 Zinek 7140 Guma 960-1 300 Zlato 19320 Hliník 2700 Železo 7870 Hořčík 1740 Žula 2 600-2 900 Kámen (žula) 2600 Kaolín 2200 Keramika Klíh 2 000-3 000 1270 Korek 150-200 Kosti Křemen 1 700-2 000 2600 Křemík 2330 Křída Kůže Led 1 800-2 600 850-1 000 916,8 Lidské tělo po nadechnutí 945 Lidské tělo průměr 985 Lidské tělo po vydechnutí 1025 Měď 8960 Mosaz Mramor Nikl 8 400-8 750 2 600-2 900 8900 Nylon, polyamid 1100 Ocel 7850 Olovo 11340 Pájka Papír 8 170-11 340 700-1 100 Parafín 870-930 Pískovec 1 900-2 700 Platina 21450
Výpočet hmotnosti z hustoty a objemu tělesa Odvození vzorce pro výpočet hmotnosti z již známeho vztahu pro výpočet hustoty: ρ = m.v obě strany rovnice vynásobýme V V ρ V = m V V ρ V =m na pravé straně rovnice se nám V vykrátí m=ρ V hmotnost = hustota. objem Vzorové řešení úlohy Unese žák 1. třídy zlatou cihlu o objemu 5 000 cm 3? Hustota zlata je ρ =19320 kg m 3. V = 5000 cm 3 = 0,005 m 3 ρ =19320 kg m 3 m =? kg m=ρ V m=19320 0,005 m=96,6 kg Žák 1. třídy zlatou cihlu o objemu 5 000 cm 3 neunese, protože její hmotnost je 96,6 kg.
Čas t je základní fyzikální veličina značíme písmenkem t základní jednotkou času je sekunda, označujeme ji písmenkem s měření času provádíme pomocí hodin Násobné a dílčí jednotky času a jejich vztah k základní jednotce: minuta hodina den rok 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s 365 dnů 5 hodin 48 min 45,7 s milisekunda 1 ms = 0,001 s mikrosekunda 1 µs = 0,000001 s Příklady: 120 min = h 360 s = min 2,5 d = h 1,5 d = min 180 min = s
Teplota je základní fyzikální veličinou soustavy SI. Označení T pro teplotu uváděnou v kelvinech [K] t pro teplotu uváděnou ve stupních celsia [ C] Převod mezi Celsiovou a Kelvinovou stupnicí: bod varu vody 373,15 K = 100 C bod tání ledu (tuhnutí vody) 273,15 K = 0 C absolutní nula 0 K = -273,15 C (teplota při které ustane tepelný pohyb částic) Měřící přístroj k určování teploty se nazývaný teploměr. Teploměry lze rozdělit dle funkčního principu na: 1. Kapalinový teploměr - teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti kapaliny(rtuť, líh apod.). 2. Bimetalový teploměr - teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkovový) pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje. 3. Odporový teploměr - teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče na teplotě. Speciální součástka, která slouží i k teplotně závislé regulaci se nazývá termistor.
Délková a objemová roztažnost Při zvyšování teploty se rozměry těles a tím i jejich objem zvětšuje a při ochlazování zmenšuje. Objem a rozměry těles z různých látek se za stejných podmínek změny teploty mění různě mají různý součinitel délkové a objemové teplotní roztažnosti. (viz pokus se zahříváním ocelové a mosazné tyče)
Bimetal (dvojkov) je pásek ze dvou kovů o různých tepelných roztažnostech (ocel, mosaz). při změně jeho teploty dochází vlivem různé tepelné roztažnosti každého z kovu k jeho ohnutí. (viz pokus) Využití bimetalu: teploměr, termostat, elektrický jistič, tepelná pojistka.
Síla F [N] je odvozená fyzikální veličina. sílu označujeme písmenkem F. jednotkou síly je newton značíme písmenkem N k měření síly se používá siloměr. má vždy působiště, velikost a směr. Zápis síly o velikosti 5 newtonů: F = 5 N Používané násobky pro jednotku N: 1 kn = 1 000 N 1 MN = 1 000 000 N Účinky síly na těleso 1. Pohybové - působením síly lze těleso uvést do pohybu, nebo ho zastavit, nebo změnit směr pohybu tělesa. 2. Deformační působením síly můžeme těleso zdeformovat dočasně nebo trvale. Znázornění síly Sílu znázorňujeme pomocí orientované úsečky. Její velikost určuje velikost síly. Je nutné zvolit vhodné měřítko např. 1 cm odpovídá 1 N. Počátek úsečky nazýváme působištěm síly.
Elektrický obvod je vodivé spojení elektrických součástek nebo prvků, jako např. spínačů, žárovek, zvonků apod. Schéma jednoduchého elektrického obvodu Základní elektrický obvod obsahuje zdroj, vypínač a spotřebič. Jednotlivé součásti, ze kterých se skládá elektrický obvod, jsou propojeny pomocí vodičů. Elektrický obvod skládající se z elektrického článku, vodičů, spínače a žárovky.
Vodiče a izolanty elektrické vodiče jsou látky, které jsou schopné dobře vést elektrický proud jsou elektricky vodivé (různé kovy), mají dostatečné množství volných nositelů náboje (u kovů volných elektronů) elektrické izolanty jsou látky, které nejsou schopny vést elektrický proud, jsou elektricky nevodivé (např. plast, sklo nebo guma), nemají volné nositele elektrického náboje. vodné roztoky mohou vést elektrický proud vzduch je za normálních podmínek nevodivý, vodivým se může stát jen za určitých podmínek např. během bouřky (blesk). Elektrický proud I [A] je základní fyzikální veličina. je uspořádaný pohyb částic s elektrickým nábojem. označujeme písmenem I jeho jednotkou je ampér značíme A měříme ampérmetrem Elektrické napětí U [V] je fyzikální veličina (udává rozdíl množství náboje na dvou místech např. na kladném a záporném pólu článku) označujeme písmenem U jednotkou je volt značíme V měříme voltmetrem Zdroje napětí galvanický článek akumulátor generátor