Η ΦΥΣΙΚΗ ΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ

Transcript

1 ΦΥΣΙΚΗ Α' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Η ΦΥΣΙΚΗ ΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΠΙΜΕΛΙΑ: ΞΑΝΘΟΣ ΧΡΗΣΤΟΣ - ΦΥΣΙΚΟΣ ΠΕ0401

2 1 ο κεφάλαιο Συμπεράσματα 1. Για τη μέτρηση του μήκους με μετροταινία θα πρέπει να προσέξουμε: η αρχή της μετροταινίας (0) να συμπίπτει με την αρχή της μετρούμενης απόστασης ως τιμή της μέτρησης παίρνουμε την ένδειξη της μετροταινίας που συμπίπτει με το τέλος της μετρούμενης απόστασης η μετροταινία δεν πρέπει να συστρέφεται η μετροταινία πρέπει να είναι ευθεία και παράλληλη με την μετρούμενη απόσταση. 2. Οι διάφορες μετρήσεις μήκους δεν δίνουν την ίδια τιμή. Αυτό οφείλεται σε σφάλματα του παρατηρητή (τυχαία σφάλματα) και σε σφάλματα στη διαδικασία και στο όργανο μέτρησης (συστηματικά σφάλματα). 3. Για να εξομαλύνουμε τα σφάλματα των μετρήσεων κάνουμε πολλές μετρήσεις και υπολογίζουμε τη μέση τιμή τους.

3 2 ο κεφάλαιο Συμπεράσματα Πολλαπλές μετρήσεις του ίδιου χρόνου δίνουν πιθανόν διαφορετικές τιμές. Αυτό οφείλεται στην διαφορετική ακρίβεια κάθε οργάνου μέτρησης ή/και στον τρόπο μέτρησης του πειραματιστή. Μεγαλύτερη ακρίβεια του οργάνου οδηγεί σε μεγαλύτερη ακρίβεια στη μέτρηση. Επίσης, ο υπολογισμός της μέσης τιμής των μετρήσεων εξομαλύνει τις διαφορές. Με τη μέση τιμή πολλών μετρήσεων που έχουν γίνει με τη μεγαλύτερη ακρίβεια πλησιάζουμε περισσότερο στην πραγματική τιμή. Τον χρόνο τον μετράμε σε δευτερόλεπτα (s) και στα πολλαπλάσιά του(λεπτά -min, ώρες -h, μέρες -d, έτη -y) Όργανα μέτρησης του χρόνου είναι: τα διάφορα ρολόγια (ηλιακά, μηχανικά με γρανάζια ή και εκκρεμή, ψηφιακά με ηλεκτρονικά κυκλώματα). οι κλεψύδρες νερού και άμμου. αναμμένα κεριά και καντήλια. το ατομικό ρολόι που είναι το ακριβέστερο. Μετράει με ακρίβεια του δευτερολέπτου. Ερωτήσεις 1. Τι μετράμε όταν μετράμε το χρόνο; 2. Ποιά όργανα μέτρησης χρόνου γνωρίζετε; Με τι ακρίβεια μετράει τον χρόνο το καθένα; 3. Με τι ακρίβεια υπολογίζουμε: το χρόνο μεταξύ δύο διαδοχικών διελεύσεων του αστικού λεωφορείου; το χρόνο που πέρασε από τότε που εξαφανίστηκαν οι δεινόσαυροι; το παγκόσμιο ρεκόρ στα 200 μέτρα κολύμβησης; το χρόνο που πέρασε από τις καλοκαιρινές διακοπές; 4. Περιγράψτε το πείραμα που κάναμε στην τάξη για τη μέτρηση του χρόνου: ποιόν χρόνο μετρήσαμε με τι όργανα- με τι ακρίβεια το κάθε όργανο -πόσες φορές σε ποια τιμή καταλήξαμε. 5. Σε τι συμπεράσματα καταλήξαμε σχετικά με τη μέτρηση του χρόνου μετά το πείραμα;

4 6. Για τις παρακάτω μετρήσεις με ακρίβεια α)δευτερολέπτου και β) εκατοστού του δευτερολέπτου να βρείτε αντίστοιχα τη μέση τιμή: Χρόνοι (δευτερόλεπτα) Μέση τιμή χρόνου (δευτερόλεπτα) Χρόνοι (εκατοστά του δευτερολέπτου) Μέση τιμή χρόνου (εκατοστά του δευτερολέπτου) , , , , , , , , , ,63 Άθροισμα

5 3 ο κεφάλαιο Συμπεράσματα Τη μάζα των σωμάτων τη μετράμε συνήθως με ζυγό, συγκρίνoντάς τη με τη συνολική μάζα των σταθμών που ισορροπούν στο ζυγό. Επίσης η μάζα μετριέται και με δυναμόμετρο συγκρίνοντας την επιμήκυνση του με την επιμήκυνση που προκαλούν σταθμά γνωστής μάζας. Αυτό ισχύει γιατί η επιμήκυνση του ελατηρίου είναι ανάλογη της μάζας που την προκάλεσε. Το βάρος των σωμάτων υπολογίζεται από τις μάζες τους αρκεί να πολλαπλασιάσουμε τη μάζα (σε κιλά) με την επιτάχυνση της βαρύτητας, που έχει την τιμή 9,80(περίπου 10) στην επιφάνεια της Γης. Η σχεδίαση διαγραμμάτων είναι χρήσιμη αφού μπορούμε μετρώντας την τιμή ενός φυσικού μεγέθους μπορούμε από το διάγραμμα να βρούμε την τιμή ενός άλλου σχετιζόμενου μεγέθους. Η μάζα μετριέται σε κιλά (Κg) ενώ το βάρος σε Newton(N). Ερωτήσεις -Ασκήσεις 1. Σε τι μονάδες μετράμε τη μάζα ενός υλικού σώματος; Σε τι μονάδες το βάρος του; Πως υπολογίζουμε το βάρος από τη μάζα ενός σώματος; Τι αντιπροσωπεύει ο παράγοντας 9,80; 2. Ποιοί είναι τα δύο όργανα που χρησιμοποιήσαμε στην τάξη για να μετρήσουμε τη μάζα; 3. Περιγράψτε τι κάναμε στην τάξη για να μετρήσουμε τη μάζα με τον ζυγό. 4. Αν τα σταθμά με τα οποία ισορρόπησε η μάζα του αντικειμένου που μετρήσαμε είναι συνολικά τα 5 παρακάτω, να υπολογίσετε τη τιμή της μάζας του και το βάρος του. Σταθμά Μάζες σταθμών (σε γραμμάρια) Μάζα αντικειμένου (σε γραμμάρια) Βάρος αντικειμένου (σε Νewton) 1 ο ο ο 50 4 ο 10 5 ο 5

6 5. Περιγράψτε τι κάναμε στην τάξη για να μετρήσουμε τη μάζα με το ελατήριο. (Α. Βαθμονόμηση ελατηρίου με μετρήσεις επιμήκυνσης που προκαλούν γνωστές μάζες σταθμών, σχεδίαση ευθείας σε διάγραμμα επιμήκυνσης μάζας. Β. Υπολογισμός μάζας αντικειμένου με μέτρηση επιμήκυνσης που προκαλεί). 6. Σε ένα ελατήριο κρεμάσαμε τα παρακάτω σταθμά που προκάλεσαν τις αντίστοιχες επιμηκύνσεις: Μάζες σταθμών (σε γραμμάρια) Επιμηκύνσεις ελατηρίου (σε εκατοστά) 2 1 ο 5 2 ο 10 4,2 3 ο 15 5,9 4 ο 20 8,3 Να σχεδιάσετε σε διάγραμμα επιμήκυνσης - μάζας την βέλτιστη ευθεία και με αυτή να υπολογίσετε τις μάζες αντικειμένων που όταν κρέμονται από το ελατήριο προκαλούν επιμηκύνσεις 5, 7 και 9 εκατοστών. Υπολογίστε έπειτα τις αντίστοιχες τιμές του βάρους.

7 7. Σε τι συμπεράσματα καταλήξαμε σχετικά με τη μέτρηση της μάζας με το ζυγό; τη μέτρηση της μάζας με δυναμόμετρο; τον υπολογισμό του βάρους; τη χρησιμότητα των διαγραμμάτων; Εφαρμογές : Τη μάζα ενός σώματος μπορούμε ακόμα να τη μετρήσουμε με: ηλεκτρονικές ζυγαριές (με παραμόρφωση κρυστάλλου) με μέτρηση χρόνου ταλάντωσης με μέτρηση μήκους και περιόδου τροχιάς για ουράνια σώματα με μέτρηση ενέργειας που ισοδυναμεί από τη σχέση Ε=mc 2 για σωματίδια.

8 4 ο κεφάλαιο Συμπεράσματα Οι μετρήσεις της θερμοκρασίας είναι δυνατόν να δίνουν λανθασμένες τιμές: α)λόγω κακής κατασκευής ή βαθμονόμησης του θερμομέτρου. (Όταν απαιτείται ακρίβεια πρέπει να ελέγχουμε το θερμόμετρό μας και να διορθώνουμε τις τιμές του). Η βαθμονόμηση των θερμομέτρων γίνεται με βάση φυσικές σταθερές όπως η θερμοκρασία τήξης και η θερμοκρασία βρασμού του νερού. β)λόγω σφαλμάτων μέτρησης του παρατηρητή. Σημαντικοί παράγοντες για τη σωστή μέτρηση είναι η γωνία παρατήρησης (σωστή είναι η γωνία 90 ο του παρατηρητή ως προς το θερμόμετρο) και η απόσταση από το θερμόμετρο να είναι τέτοια ώστε να μην επηρεάζεται η μέτρηση από την αναπνοή ή το άγγιγμά μας. Ερωτήσεις Περιγράψτε τη διαδικασία βαθμονόμησης του θερμομέτρου οινοπνεύματος. (Εντοπισμός θερμοκρασίας 0 ο C και 100 o C από το σημείο τήξης και βρασμού του νερού σημεία όπου ισορροπεί η στάθμη της στήλης του οινοπνεύματος - διαίρεση της κλίμακας σε 100 ίσα διαστήματα). Εφαρμογές Όργανα μέτρησης της θερμοκρασίας: - Θερμόμετρα διαστολής / συστολής. Π.χ. οινοπνεύματος, υδραργύρου. - Θερμόμετρα ηλεκτρικής αγωγιμότητας μετάλλου (ψηφιακά) - Θερμόμετρα πυκνότητας ( Γαλιλαίου) - Με μέτρηση της ακτινοβολίας που εκπέμπουν τα σώματα (υπέρυθροι αισθητήρες). Π. χ. πυρόμετρα, θερμοκάμερες. Η θερμοκάμερα σχηματίζει μια εικόνα με την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν τα σώματα. Χρησιμοποιείται σε: - μέτρηση θερμοκρασίας από απόσταση (διασώσεις ή αποφυγή εξάπλωσης ιών) - έλεγχο θερμικής μόνωσης κτιρίων - ανίχνευση διαρροών πετρελαίου σε δεξαμενές - εντοπισμό παγόβουνων

9 5 ο κεφάλαιο Συμπέρασμα Όταν φέρω σε επαφή δύο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας, ρέει θερμότητα από το θερμό προς το ψυχρό σώμα μέχρι να αποκτήσουν και τα δύο την ίδια θερμοκρασία. Όταν συμβεί αυτό τα δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία. Ερωτήσεις -Ασκήσεις Περιγράψτε το πείραμα μελέτης της θερμικής ισορροπίας: (Δοχείο με ζεστό νερό, δοχείο με νερό βρύσης, τοποθέτηση του ενός μέσα στο άλλο, λήψη τιμών θερμοκρασίας και από τα δύο δοχεία ανά λεπτό, συμπλήρωση πίνακα τιμών). Με τις τιμές της θερμοκρασίας του πειράματος σχεδιάζουμε διάγραμμα θερμοκρασίας χρόνου. Από τις καμπύλες που προκύπτουν παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του ζεστού νερού ελαττώνεται με το χρόνο ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία του κρύου νερού αυξάνεται. Τελικά οι δύο καμπύλες πλησιάζουν και τέμνονται σε μια κοινή θερμοκρασία. Με βάση τον παρακάτω πίνακα τιμών σχεδιάστε στο τετράδιό σας το διάγραμμα θερμοκρασίας - χρόνου για τις θερμοκρασίες του ζεστού και του κρύου νερού και χαράξτε τις αντίστοιχες καμπύλες: Χρόνος (λεπτά) θ 1 ( 0 C) θ 2 ( 0 C)

10 6 ο κεφάλαιο Συμπέρασμα Όταν προσφέρω θερμότητα σε μια ποσότητα νερού, τότε η θερμοκρασία του αυξάνει διαρκώς και η φυσική του κατάσταση αλλάζει από στερεό σε υγρό (τήξη του πάγου) και έπειτα από υγρό σε αέριο (βρασμός του νερού). Κατά το βρασμό η θερμοκρασία του νερού παραμένει σταθερή (σημείο βρασμού) μέχρι να μετατραπεί όλη η ποσότητα του νερού σε ατμό. Ασκήσεις Μεταφέραμε ένα δοχείο νερού που έβραζε στην κατάψυξη, μετρήσαμε τη θερμοκρασία του ανά λεπτό μέχρι την πήξη του και πήραμε τον παρακάτω πίνακα τιμών. Με βάση τις τιμές του πίνακα σχεδιάστε στο τετράδιό σας το διάγραμμα θερμοκρασίας - χρόνου. Τι συμπεράσματα μπορείτε να βγάλετε από αυτό το διάγραμμα; Χρόνος (λεπτά) θ ( 0 C) Χρόνος (λεπτά) θ ( 0 C)

11 7 ο κεφάλαιο Συμπεράσματα Πειράματα 1 & 2.Όταν ψύχουμε το νερό σε θερμοκρασία από 4 έως 0 0 C συμβαίνει διαστολή του νερού. Αυτό οδηγεί σε μείωση της πυκνότητας του σε αυτές τις θερμοκρασίες και γι αυτό ο πάγος επιπλέει πάνω στο νερό. Πείραμα 3.Κάτω από τον πάγο η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται προοδευτικά.

12 8 ο κεφάλαιο Συμπεράσματα Πείραμα 1.Το φως απορροφάται από τα σώματα με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας τους. Πείραμα 2.Οι σκουρόχρωμες επιφάνειες απορροφούν μεγαλύτερη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας σε σχέση με τις ανοιχτόχρωμες. Για το ίδιο χρόνο φωτισμού, η αύξηση της θερμοκρασίας των σκουρόχρωμων σωμάτων είναι μεγαλύτερη από την αύξηση της θερμοκρασίας των ανοιχτόχρωμων. Εφαρμογές Το καλοκαίρι είναι προτιμότερα τα ανοιχτά χρώματα στα ρούχα, ενώ το χειμώνα τα σκούρα χρώματα. Θερμά λέμε τα χρώματα που απορροφούν περισσότερο έντονα την ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή τα σκούρα χρώματα, ενώ ψυχρά αυτά που απορροφούν λιγότερο έντονα την ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή τα ανοιχτά. Τα κοίλα κάτοπτρα εστιάζουν τις φωτεινές ακτίνες και έτσι αυξάνουν την ποσότητα της απορροφούμενης ακτινοβολίας. Σε αυτή την ιδιότητα στηρίζεται η λειτουργία του ηλιακού φούρνου και η αφή της ολυμπιακής φλόγας.

13 9 ο κεφάλαιο Συμπέρασμα Σε περιβάλλον στο οποίο η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) είναι μεγάλη, γίνεται μεγαλύτερη απορρόφηση της θερμότητας και η θερμοκρασία αυξάνεται. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται φαινόμενο του θερμοκηπίου. Εφαρμογές Το αέριο που παράγεται από την αντίδραση μαγειρικής σόδας και ξιδιού είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Είναι αέριο άχρωμο, άοσμο και πιο πυκνό από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Σε μεγάλες συγκεντρώσεις δεν επιτρέπει την καύση και την αναπνοή. Ανήκει στα αέρια του θερμοκηπίου. Η αύξηση της συγκέντρωσης αερίων του θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο κ. α.) στην ατμόσφαιρα τα τελευταία 250 χρόνια, λόγω της χρήσης ορυκτών καυσίμων και της αποψίλωσης των δασών, έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Η αντιμετώπιση του φαινομένου της συνεχής αύξησης της θερμοκρασίας της γης μπορεί να γίνει με περιορισμό στην κατανάλωση, ιδιαίτερα ορυκτών καυσίμων(πετρέλαιο, φυσικό αέριο, λιγνίτης), την αξιοποίηση των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας (ηλιακή, αιολική, γεωθερμική), την ανακύκλωση, την παύση της καταστροφής των δασών και τις αναδασώσεις Το φαινόμενο είναι ευεργετικό στο βαθμό που βοηθάει στη συγκράτηση της ηλιακής θερμότητας που είναι απαραίτητη για την δημιουργία και ανάπτυξη της ζωής. Χωρίς αυτό, η θερμοκρασία της γης θα ήταν -20 ο C και η παρουσία ζωής στη γη θα ήταν αδύνατη. Το φαινόμενο είναι καταστροφικό όταν οι συγκεντρώσεις των αερίων του θερμοκηπίου ξεπεράσουν τα όρια και η θερμοκρασία της γης αυξηθεί πολύ. Τότε μπορεί να προκληθεί αλλαγή στο κλίμα της γης με ασυνήθιστους ανέμους, πλημμύρες, ξηρασίες, μείωση των υδάτινων πόρων, λιώσιμο των πάγων στους πόλους, αύξηση της στάθμης της θάλασσας με επικίνδυνες συνέπειες στη ζωή πάνω στη γη. Σε ένα θερμοκήπιο, τα γυάλινα τοιχώματά του επιτρέπουν στο φως του ήλιου να περνά, αλλά εμποδίζουν τη θερμότητα να διαφύγει. Έτσι, η θερμοκρασία μέσα στο θερμοκήπιο είναι μεγαλύτερη από τον εξωτερικό χώρο και τα φυτά μεγαλώνουν πολύ καλύτερα. Αντίστοιχα, η γήινη ατμόσφαιρα, λόγω των αερίων του θερμοκηπίου που περιέχει, εμποδίζει τη θερμότητα του ήλιου να διαφύγει στο διάστημα και έτσι η θερμοκρασία της γης αυξάνεται.