Fyzika 3

Zpracovali:

PaedDr. Jiří Tesař, Ph.D., PaedDr. František Jáchim

Lektorovali:

doc. PaedDr. Václav Havel, CSc., Mgr. Marie Kalivodová, Mgr. Zdeňka Kamarádová, doc. RNDr. Josef Janás, CSc., RNDr. Miroslav Bartošek

Schválilo MŠMT č. j.: MSMT-30330/2020-1 dne 26. 8. 2020 k zařazení do seznamu učebnic pro základní vzdělávání jako součást ucelené řady učebnic pro vzdělávací obor Fyzika s dobou platnosti šest let.

Tato učebnice je součástí nové ucelené řady učebnic fyziky na 2. stupni ZŠ a v nižších ročnících víceletých gymnázií.

Celá řada odpovídá požadavkům a doporučením RVP pro základní vzdělávání a tvoří ji tyto tematicky zaměřené učebnice:

Fyzika 1 (Fyzikální veličiny a jejich měření)

Fyzika 2 (Síla a její účinky – pohyb těles)

Fyzika 3 (Světelné jevy l Mechanické vlastnosti látek)

Fyzika 4 (Elektromagnetické děje)

Fyzika 5 (Energie)

Fyzika 6 (Zvukové jevy l Vesmír)

Poznámka redakce:

Snazší práci s učebnicí vám umožní malé obrázky po straně textu úloh. Co znamenají?

úloha vyžadující vaše vědomosti početní úloha úloha na procvičení dovedností a odhadu úlohy, které vás budou učit vyhledávat údaje nebo poznatky mimo učebnici domácí pokus

Fzadání pokusů prováděných ve škole

© Jiří Tesař za kolektiv, 2009, 2015 Illustrations © Karel Benetka, 2009, 2015

© SPN – pedagogické nakladatelství, a. s., 2009, 2015 ISBN 978-80-7235-561-7

Obsah

I. SVĚTELNÉ JEVY

1. Světlo 5

1.1 Světlo a světelné zdroje 5

1.2 Barva 7

1.3 Šíření světla a stín 10

2. Odraz světla 13

2.1 Zákon odrazu 13

2.2 Zobrazení na rovinném zrcadle 15

2.3 Kulová zrcadla 17

2.4 Zobrazení kulovými zrcadly 19

3. Lom světla 24

3.1 Zákon lomu 24

3.2 Čočky 28

3.3 Zobrazení spojkou 30

3.4 Zobrazení rozptylkou 33

4. Optické přístroje 37

4.1 Oko 37

4.2 Lupa, mikroskop, dalekohled 39

4.3 Fotoaparát 42

4.4 Videokamera 44

5. Fotometrie 46

6. Shrnutí oddílu Světelné jevy 49

II. VLASTNOSTI LÁTEK

1. Z čeho jsou látky 50

1.1 Model atomu 50

1.2 Kolik je druhů atomů 51

1.3 Co jsou molekuly 52

2. Vlastnosti látek pevných 54

2.1 Proč tělesa z pevných látek nemění tvar 54

2.2 Některé vlastnosti pevných látek 56

3. Vlastnosti látek kapalných 60

3.1 Proč kapaliny tečou 60

3.2 Některé vlastnosti kapalných látek 61

3.3 Jaké vlastnosti má volná hladina kapaliny 62

3.4 Molekuly v kapalině se pohybují 66

4. Vlastnosti látek plynných 68

4.1 Jak můžeme pozorovat plyn a jaké má plyn vlastnosti 68 4.2 Čím se plyny liší od kapalin 70

5. Shrnutí oddílu Vlastnosti látek 71

III. O KAPALINÁCH A PLYNECH

1. Tlak 72

1.1 Tlaková síla a tlak 72

1.2 Přenášení tlakové síly v pevných látkách a výpočet tlaku 74

2. Tlak v kapalinách 76

2.1 Hydrostatický tlak 76 2.2 Výpočet velikosti hydrostatického tlaku 77 2.3 Spojené nádoby 81 2.4 Působení vnější tlakové síly na kapalinu 83 2.5 Vztlaková síla 86 2.6 Výpočet vztlakové síly 89 2.7 Kdy těleso plave a kdy se potápí 91 2.8 Jak se mění hustota kapaliny s teplotou 94 2.9 Hustoměr 96

3. Tlak v plynech 98

3.1 Čím je vyvolán tlak vzduchu 98 3.2 Měření tlaku vzduchu 102 3.3 Tlak plynu v uzavřené nádobě 102 3.4 Také plyny tělesa nadlehčují 104

4. Shrnutí oddílu O kapalinách a plynech 106

IV. ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ 107

V. LABORATORNÍ PRÁCE

Laboratorní práce č. 5 108 Laboratorní práce č. 6 109 Laboratorní práce č. 7 111

VI. NÁMĚTY NA PROJEKTY 112

Výsledky vědomostních a kvantitativních úloh 115 Rejstřík 119

Světlo je charakterizováno vlnovou délkou. Při rozkladu bílého světla jednotlivé barvy plynule přecházejí jedna v druhou, každá barva má určitou vlnovou délku. Následující tabulka uvádí pro přehlednost pouze základní barvy spektra a jim odpovídající vlnové délky: barva vlnová délka [nm] fialová 400 – 430 modrá 430 – 490 zelená 490 – 550 žlutá 550 – 570 oranžová 570 – 600 červená 600 – 760

barevnou paletu budeme nazývat světelné spektrum (obr. 2). Vysvětlení tohoto jevu je prosté, každá barva se na skleněném hranolu různě láme. (O lomu světla se budete podrobněji učit v kapitole 3 – str. 24.) Bílé světlo se tak rozkládá na jednotlivé barevné složky, které nazýváme jednoduché světlo.

2. Světelné spektrum

Spojité spektrum

Velkolepé barevné spektrum tvoří duha. Vzniká v důsledku dvojího lomu světelného paprsku na drobných kapénkách vody.

Každý z nás se s podobným jevem již také setkal v přírodě – duha, která vzniká v horkých letních dnech, není nic jiného než rozklad bílého slunečního světla na drobných kapénkách vody, které jsou ve vzduchu. Takovou malou duhu si můžeme dokonce „vyrobit i uměle“: při ostrém slunečním svitu rozptýlíme proud vody, např. z hadice, do velmi malých kapének a vytvoříme mlhu. Pokud budou kapénky dostatečně jemné a rovnoměrně rozptýlené, vytvoří se na takto vzniklém oblouku malá duha. V předchozím pokusu jsme si ukázali rozklad bílého světla na jeho ba revné složky. Můžeme si ukázat i opačný jev, tj. skládání základních barev.

ab

Prohlédněte si pozorně, z jakých barev se skládá kotouč „káči“, která je v klidu (obr. 3a). Potom „káču“ roztočte a sledujte opět její barvu (obr. 3b).

Tento jev můžeme ukázat také pomocí počítače (v jakémkoliv programu, kde se nastavují barvy). Pokus lze také provést s několika silnými světelnými zdroji umístěnými za červeným, zeleným a modrým sklem.

Zkuste odhadnout, jakou barvu dostanete složením červené a modré, dále zelené a modré atd. Svůj odhad vždy ověřte pokusem. Jakou barvu získáte složením všech tří barev – červené, zelené a modré? Má na výsledek pokusu také vliv intenzita (jas) jednotlivých barev?

Při míchání pouze dvou světel o různých barvách jste většinou výslednou barvu uhádli, výsledná bílá barva při smíchání všech základních barev je pro někoho možná (trochu) překvapením. Jedná se však o přesný opak předcházejícího pokusu, při kterém jsme bílé světlo rozkládali na jednotlivé spektrální barvy (složky). Proto bílé světlo označujeme často jako složené světlo.

Odraz a lom paprsku světla na kapce vody při vzniku duhy (vysvětlení najdete v následujících kapitolách)

3. Barevný kotouč a) v klidu, b) roztočený

ZAPAMATOVÁNÍ:

� Bílé světlo je složeno ze všech spektrálních barev a lze ho na ně také rozložit.

Jak je to však s barvou různých těles? Proč vidíme, že plastový trojúhelník na rýsování je zelený, obal sešitu modrý apod.? Opět si tento jev ukážeme a vysvětlíme pomocí pokusu.

V zatemněné učebně osvětlujte postupně různé předměty červeným, modrým, zeleným, žlutým a bílým světlem*). Mají tato tělesa vždy stejnou barvu, jakou by měla na denním světle? Pokus ukázal, že např. zelené těleso mělo téměř stejnou barvu jak při osvětlení bílým, tak při osvětlení zeleným světlem. Při osvětlení jiným světlem, např. červeným, se tento předmět zdál černý. Podobně tomu bylo s předměty ostatních barev. Proč tomu tak je? Zelený předmět odráží nejvíce zelené světlo, a protože ostatní barevné složky pohlcuje, jevil se nám při osvětlení (např. červeným světlem) téměř jako černý. Z předchozího pokusu a z úvahy o pohlcování světla vyplývá, že těleso má černou barvu, pokud pohlcuje všechny spektrální barvy, naopak má bílou barvu, pokud všechny spektrální barvy odráží.

K ZAPAMATOVÁNÍ:

� Barva tělesa je určena tím, jakou spektrální barvu těleso pohlcuje a jakou odráží.

ÚLOHY

1. Vyjmenujte všechny základní barvy slunečního světla (světelného spektra).

2. Proč vzniká často v létě po bouřce duha?

3. Je bílé světlo složené, nebo jednoduché?

4. Které barvy musíme složit, abychom získali bílé světlo?

5. Co to znamená, že těleso má černou barvu?

6. Jaké vlastnosti musí mít látka (malířská barva), kterou malujeme stěnu v bytě, aby byla žlutá?

7. Vysvětlete pohlcování a propouštění jednotlivých složek světelného spektra u barevných skel nebo plastů.

8. Jakou barvu bude mít zralé rajské jablíčko, budeme-li se na ně dívat přes zelené (červené, modré) sklo? Proč?

V malířství, ale i v počítačové grafice se často setkáváme s označením „doplňkové barvy “. Doplňkové barvy jsou takové barvy, jejichž smícháním vznikne šedá nebo bílá. Nejjednodušší míchání barev ukazuje následující obrázek. V levém sloupci jsou tři základní barvy – žlutá, červená, modrá. Smícháním dvojice těchto barev získáme barvu ve druhém sloupci. Ve třetím sloupci je pak barva doplňková. Tento model míchání barev používali již staří mistři – malíři, jejichž obrazy můžeme nalézt v mnoha význačných galeriích a obrazárnách.

*) Jednobarevné světlo získáme tak, že před silný zdroj světla (reflektor) vložíme tzv. barevný filtr, což může být např. barevné sklo.

Doplňková barva je závislá na tom, jaký barevný model zvolíte a jaké jsou v něm použité základní barvy. Např. na televizní obrazovce nebo na monitoru počítače, kde základní barvy jsou červená, zelená a modrá, tvoří doplňkové barvy následující dvojice: červená – azurová; zelená – purpurová; modrá – žlutá. Tento model nazýváme RGB (Red = červená 700 nm, Green = zelená 546,1 nm, Blue = modrá 435,8 nm).

základní barvy složené barvy doplňkové barvy

Prostorové vidění: vnímání hloubky je způsobeno tím, že do každého oka vstupují světelné paprsky z poněkud jiného úhlu a každé oko vnímá pozorovaný předmět jinak. Složením těchto dvou vjemů vzniká prostorový obraz.

Na výstupu zra kového nervu ze sítnice se nachází slepá skvrna (neobsahuje žádné tyčinky ani čípky). Dopadnou-li světelné paprsky na tento bod, vnímaný předmět nevidíme, odtud název slepá skvrna. Tento bod má velký význam z hlediska bezpečnosti. Např. při přecházení ulice musíme pohnout hlavou, čímž změníme úhel světelných paprsků dopadajících do oka a zabráníme tak možnosti „nevidění“ přijíždějícího automobilu, jehož obraz vznikl právě na slepé skvrně.

27. Řez okem

Místo brýlí mohou být používány tzv. kontaktní čočky, což jsou čočky zhotovené ze zvláštnío plastu. Kontaktní čočky se přikládají přímo na rohovku pod oční víčko.

zornice rohovka zornice duhovka čočka

Kontaktní čočky vynalezl český vědec Otto Wichterle (1913–1998). První kontaktní čočky vyrobil doma na zařízení, které sestavil ze stavebnice MERKUR. Navrhl a odzkoušel technologii výroby kontaktních čoček odstředivým odléváním. Tento postup výroby byl patentován a poté se rozšířil do celého světa. Jeho předností je hromadná a přesná výroba s nízkými náklady.

duhovka

rohovka

žlutá skvrna slepá skvrna zrakový nerv sítnice

Jestliže je pružnost čočky porušena (vrozenou vadou nebo s přibývajícím věkem), vznikají oční vady, tzv. krátkozrakost (viz obr. 28a) nebo dalekozrakost (viz obr. 28b). Krátkozraký člověk dobře vidí na blízko (špatně na dálku). Jeho čočka je příliš vyklenutá, vytváří obraz před sítnicí. Tuto vadu odstraňujeme brýlemi, které jsou osazené rozptylkami. Jestliže člověk dobře vidí na dálku (špatně na blízko), je dalekozraký. Jeho čočka je příliš plochá, vytváří obraz za sítnicí. Tuto vadu odstraňují brýle – spojky. Normální zdravé oko vidí předměty nejostřeji ve vzdálenosti 20 – 30 cm. Ve fyzice uvažujeme tzv. konvenční zrakovou vzdálenost, kterou označujeme písmenem l a její hodnota byla stanovena na 25 cm.

a) krátkozraké oko krátkozraké oko s brýlemi

28. Korekce očních vad: a) krátkozraké oko b) dalekozraké oko

b) dalekozraké oko

dalekozraké oko s brýlemi

Kontaktní čočka

Otto Wichterle

ÚLOHY

1. Načrtněte a popište složení oka.

2. Jaký rozdíl je mezi tyčinkami a čípky?

3. Co je to žlutá a co slepá skvrna?

4. Jaké znáte oční vady, které lze napravit brýlemi? Jaké brýle napravují který typ oční vady?

1. Načrtněte chod paprsků a vznik obrazu u krátkozrakého oka.

2. Načrtněte chod paprsků a vznik obrazu u dalekozrakého oka.

1. Víš, jaké brýle nosíš ty nebo tvoji příbuzní a tvoji spolužáci?

2. Nalezněte doma zakázkový list od brýlí a pokuste se vysvětlit jeho jednotlivé položky.

4.2 Lupa, mikroskop, dalekohled

Odstraňování očních vad je v poslední době prováděno tzv. laserovými operacemi. Při nich je pomocí laserového paprsku upravena rohovka tak, že vyrovnává vadu oční čočky. (Působí vlastně jako kontaktní čočka nebo čočka brýlí.)

α

α

29. Zorný úhel: a) bez lupy, b) s lupou

29c) Čtení přes lupu

Stejně velké předměty vnímáme jako různě velké podle toho, v jaké vzdálenosti od oka se nacházejí. Rozlišovací schopnost lidského oka závisí na velikosti tzv. zorného úhlu (obr. 29 a, b), tj. úhlu, pod kterým oko vidí pozorovaný předmět. Pro pozorování předmětů velmi malých nebo předmětů, které se z důvodu jejich velké vzdálenosti jeví jako malé (oko je sleduje pod malým zorným úh lem), používáme optické přístroje. Mezi základní optické přístroje můžeme zařadit lupu, mikroskop a dalekohled. Jejich společnou vlastností je to, že vytvářejí obraz pozorovaného předmětu, který pozorujeme pod větším zorným úhlem. V praxi tento jev nazýváme zvětšení, z fyzikálního hlediska se však jedná o úhlové zvětšení. Nejjednodušším optickým přístrojem je lupa (obr 29c). Je to vlastně spojná čočka o ohniskové vzdálenosti menší než 25 cm. Používá se k pozorování drobných předmětů nebo detailů na předmětech, které nemůžeme běžně pozorovat okem.

Přes lupu (spojnou čočku) sledujte detaily kůže na prstu. Při pozorování měňte postupně vzdálenost prstu od čočky a potom také vzdálenost oka od čočky.

Při pozorování lupou dáváme sledovaný předmět přibližně do takové vzdálenosti od lupy, jako je její ohnisková vzdálenost. Okem se díváme z druhé strany lupy a sledujeme zvětšený, vzpřímený, neskutečný obraz

S lupou se můžeme také setkat na některých plastových pravítkách a trojúhelnících, kde ji tvoří oblý výlisek. Takováto lupa samozřejmě nedosahuje kvalit velkých skleněných lup, ale pro prohlížení některých drobných předmětů ve škole je dostačující.

Lupa na pravítku

Osvětlení pracovní plochy

nevhodném osvětlení pracovní plochy dochází často k tr valému přetěžování očí a následnému poškození zraku, které vyústí v nutnost nosit brýle. Musíme si tedy uvědomit, že „oči si zkazíme jenom jednou“, a být nanejvýš opatrní a chránit si svůj zrak. Jaké je nejvhodnější osvětlení různých pracovišť při různých činnostech, udává Česká státní norma.

Noční osvětlení Pražského hradu

Doporučené osvětlení různých prostorů prostor, činnost doporučené osvětlení orientační činnost – nouzové osvětlení, málo frekventované komunikace, sklepy, dvory 20 – 50 lx skladové prostory, hygienická zařízení 50 – 100 lx hrubé práce, pracoviště v domácnosti 100 – 200 lx běžná výroba, obchodní prostory, kanceláře, učebny, ošetřovny, domácí práce 200 – 500 lx jemné práce, kreslírny, laboratoře, obrábění 500 – 1 000 lx velmi jemné práce – rýsování, hodinářské práce 1 000 – 2 000 lx mimořádně jemné práce – klenotnické, restaurátorské, montáž měřicích přístrojů

2 000 – 5 000 lx speciální výrobny a laboratoře, montáž mikroelektroniky 5 000 – 10 000 lx operační sály, ambulance pro speciální zákroky 10 000 – 20 000 lx

Velikost osvětlení předmětu je velmi důležitá také při fotografování a při snímání obrazu pomocí filmové kamery nebo videokamery. Moderní fotoapa ráty a kamery mají v sobě zabudovaný elektronický systém, který vyhodnocuje světelné podmínky (= osvětlení) obrazu a podle toho nastavuje další parametry fotoaparátu nebo kamery.

ÚLOHY

Osvětlení pro hodinářské práce

1. Vyjmenujte, jaké druhy elektrických světelných zdrojů znáte.

2. Charakterizujte fyzikální veličiny „světelný tok“ a „osvětlení“.

3. Jakým způsobem můžeme zvýšit osvětlení pracovní desky stolu?

4. Můžeme s jistotou tvrdit, že světelný zdroj s dvojnásobnou spotřebou elektrické energie vyzařuje také dvojnásobný světelný tok? (Odpovězte na základě tabulky v barevném pruhu na str. 47.)

Osvětlení operačního sálu

SHRNUTÍ ODDÍLU SVĚTELNÉ JEVY

Světlo je elektromagnetické záření o vlnové délce 400 – 760 nm, ve vakuu se šíří rychlostí 300 000 km s , je tělesy vyzařováno, odráženo, nebo pohlcováno, bílé světlo je složeno ze všech spektrálních barev a lze ho na ně také rozložit, barva tělesa je určena tím, jakou spektrální složku těleso pohlcuje a jakou odráží, stín vzniká za překážkou, která brání průchodu světla, v případě více světelných zdrojů vzniká plný stín a polostín.

Zákon odrazu – při odrazu světelného paprsku se úhel odrazu rovná úhlu dopadu a odražený paprsek zůstává v rovině dopadu, rovinná zrcadla – předmět a jeho obraz jsou souměrně sdruženy podle roviny zrcadla, kulová zrcadla rozdělujeme na dutá a vypuklá, – na kulových zrcadlech vyznačujeme střed křivosti (S), ohnisko (F), vrchol (V) a optickou osu, pro ohniskovou vzdálenost platí vztah: f = 1 2 r, (r = poloměr křivosti); – obraz konstruujeme pomocí paprsků význačných směrů.

Zákon lomu – dopadá-li světelný paprsek na rozhraní dvou prostředí, nastane v závislosti na optické hustotě těchto prostředí lom ke kolmici, nebo lom od kolmice, čočky rozdělujeme na spojky a rozptylky, – na obou typech čoček vyznačujeme střed čočky (S), předmětové ohnisko (F), obrazové ohnisko (F’) a optickou osu, – obraz konstruujeme pomocí paprsků význačných směrů.

Optické přístroje: oko – krátkozraké (brýle rozptylky), dalekozraké (brýle spojky), lupa, mikroskop, dalekohled, fotoaparát, videokamera.

Fotometrie: světelný tok – jednotka lumen (lm), osvětlení E – jednotka lux (lx).

Při promítání dataprojektorem využíváme mnoho optických jevů. Pokuste se je vyjmenovat a vysvětlit.

Hvězdářský dalekohled pro amatéry

Věž na obrázku stojí v italském městě Pisa. Je to snad nejznámější věž na světě. Nebýt této nakloněné věže, asi bychom o tomto městě nevěděli zhola nic. Postavit šikmou věž nebyl záměr stavitelů a ani ji takovou nepostavili. Ale přece jen chybu udělali – nezjistili si, jak pevný je terén, kde se má stavět. Samotná věž je neobyčejně pevná, ani po staletích se nezřítila.

Krystaly některých látek v přírodě vznikají poměrně dlouhým procesem. Příkladem krystalů, které můžete v přírodě nalézt, je křemen a jeho odrůdy.

2.1 Proč tělesa z pevných látek nemění tvar

Většina předmětů kolem nás je z látek pevných. Za samozřejmé považujeme, že bez působení síly nemění tvar. To je společná vlastnost pevných látek, ale jinak mají různé pevné látky mnoho vlastností odlišných. Řada pevných látek vytváří krystaly. Jsou to prostorové útvary, obvykle jednoduchého geometrického tvaru, v nichž jsou atomy nebo molekuly uspořádány v pevných vzájemných polohách (viz obr. 43).

Krystaly křemene

Některé látky obsahují tak malé krystaly, že je prostým okem nevidíme, spatřili bychom je ale pod mikroskopem. Takovými látkami jsou např. kovy. Velmi tenkou vrstvu krystalů kovu můžete pozorovat na pozinkovaném železném plechu. Prohlédněte si kousek nového železného plechu, který je proti korozi chráněn vrstvou zinku.

Povrch pozinkovaného plechu se zdá hladký. Vrstva zinku na železném plechu se však skládá z malých krystalů. Stěny těchto krystalů odrážejí světlo do různých směrů, proto se nám krystalický povrch plechu jeví tak jako na obrázku 44.

44. Krystaly zinku na povrchu železného plechu

43. Model jednoho typu krystalové struktury

Některé krystaly si můžeme velmi snadno připravit.

Na hodinové sklíčko dejte trochu osolené vody a zahřívejte nad kahanem, až se voda odpaří. Bílý povlak, který zůstane na sklíčku, pozorujte lupou. Pokus opakujte s modrou skalicí.

Pokusem také můžeme ověřit domněnku, zda by se krystaly soli vytvořily i při dlouhodobém odpařování vody.

Voda vytváří krystaly také tehdy, je-li zmrzlá. Při zmrznutí se molekuly vody uspořádávají do pravidelných prostorových útvarů. V přírodě si někdy prohlédněte ojíněnou větvičku. Uspořádání molekul vody se liší v kapalině a v pevné látce. Částice pevných krystalických látek jsou vázány na určitou polohu v pravidelné krystalové mřížce.

Atomy jsou v krystalové mřížce drženy stejnými silami jako atomy v molekulách. Říkáme, že mezi nimi je vazebná síla. Ta se při stlačování krystalu projevuje jako odpudivá a nedovolí částicím krystalu zaujmout menší objem. Naopak při tahu převažují mezi atomy krystalu vazebné síly jako přitažlivé, které nedovolí vzájemné vzdalování částic. Proto pevné látky zachovávají svůj objem, tvar mění jen působením značně velké vnější síly (např. tahem nebo tlakem). Mezimolekulové síly můžeme vymodelovat například pomocí dvou kuliček spojených pružinou, kterou lze jen částečně stlačit a omezeně napnout.

Krystalické látky jsou obvykle tvrdé a jen málo pružné. Některé pevné látky ovšem krystaly nevytvářejí. Je to například sklo, všech ny plasty, asfalt, parafín, čokoláda aj. Takové látky se nazývají beztvaré (amorfní ).

K ZAPAMATOVÁNÍ:

� Tělesa z pevných látek nemění tvar a objem, protože jejich atomy a molekuly jsou pevně vázány do určitých vzájemných poloh.

ÚLOHY

1. Proč látky pevné nemění bez působení vnější síly tvar?

2. Jaké druhy sil existují mezi molekulami pevných látek?

1. Požádejte rodiče, ať vám ze stěny mrazničky odloupnou kus namrzlého ledu, a lupou ho pozorujte. Jak se mění vzhled ledových krystalků, pozorujete-li je delší dobu?

2. Prohlédněte si lupou zrnka soli, kterou máte doma. Sůl rozpusťte ve vodě, nalijte na talířek a vodu odpařte. Pak opět prohlédněte zrnka soli. Změnila se?

Také jinovatka je tvořena krystaly vody. Vznikají namrzáním vzdušné vlhkosti na různé předměty. Na obrázku a jsou krystaly na travním porostu, na obrázku b jsou krystaly na kovu (plotu). Za příznivého mrazivého počasí může vzniknout jinovatka v poměrně velkém rozsahu. Na obrázku c není krajina zasněžená, nýbrž pokrytá jinovatkou.

a b c

• O existenci vzduchu se můžeme přesvědčit následujícím pokusem. Přidržte injekční stříkačku v ruce a zatáhněte píst do zadní polohy. Potom ponořte ústí stříkačky pod hladinu vody a stlačte píst. Co můžeme pozorovat u ústí stříkačky? Šel by tento pokus provést s jiným plynem, než je vzduch?

VLASTNOSTI LÁTEK PLYNNÝCH

• Proudění vzduchu můžeme také předvést např. pomocí pumpičky k jízdnímu kolu. Na stůl položíme větší množství drobných kousků papíru. Potom k nim přiložíme ústí pumpičky a prudce stlačíme píst. Co se s papírky stalo? Jak můžeme tento jev vysvětlit?

Plyn, který nás všude obklopuje, je vzduch. Stejně jako voda je i vzduch nutnou podmínkou života na Zemi. Jaký vlastně máme důkaz toho, že kolem nás je vzduch? Vzduch je bezbarvý plyn, nejčastěji vnímáme jeho proud. Postačí otevřít okno v jedoucím vlaku, běžet nebo jet na kole. Směr proudění vzduchu poznáme podle pohybu oblaků na obloze nebo podle třepotajícího se praporku. Některé plyny můžeme poznat čichem, např. propan-butan užívaný v přenosných vařičích, nebo podle barvy – nazelenalý chlór. Přesvědčeme se nyní o tom, že v otevřené kádince je vzduch.

Kádinku obrácenou dnem vzhůru ponořte do větší kádinky naplněné vodou. Pozorujte hladinu vody ve větší kádince a v kádince obrácené.

Kádinka obrácená dnem vzhůru se vodou nenaplnila. Brání jí v tom právě vzduch zaujímající určitý objem. Nakloníme-li kádinku, vzduch probublá ven. O tom, že vzduch zaujímá objem celé nádoby, se přesvědčíme dalším jednoduchým pokusem.

Do skleněné láhve zasuňte zátku s provrtaným otvorem, kterým těsně prostrčíte nálevku. Hrdlo ještě utěsněte plastelínou. Do nálevky lijte vodu. Co pozorujete? Prostrčte nálevkou brčko na pití. Co pozorujete nyní?

Při provádění první části pokusu se nám láhev vodou naplnit nepodaří. Je v ní vzduch, a protože nemá kam uniknout, brání kapalině natéci do láhve. Vsunutím brčka do nálevky umožňujeme vzduchu unikat z láhve. Jeho místo zaplní nalévaná voda.

4.1 Jak můžeme pozorovat plyn a jaké má plyn vlastnosti

Při procházce lesem cítíme zvláštní vůni. Je to vůně jehličí, která se možná mísí s vůní pryskyřice nebo rostlin. Když doma dáme do vázy květiny, jejich vůni je za chvíli cítit po celé místnosti. Jak to, že se vůně rozšíří po okolí? V lese bychom mohli argumentovat tím, že zde vane vítr a vůni roznese. Ale v místnosti? Zde asi žádné velké proudění vzduchu není.

Na jedno místo v učebně dejte plochou misku a na ní nalijte trochu benzinu.

Aniž budeme dál cokoli dělat, po místnosti se brzy rozšíří zápach benzinu. Je to způsobeno pohybem molekul vzduchu a odpařeného benzinu. Také molekuly plynů se pohybují neuspořádaným pohybem, podobným jako molekuly kapalin, avšak s mnohem delšími vzdálenostmi mezi vzájemnými srážkami (viz obr. 58).

58. Znázornění neuspořádaného pohybu molekul plynu

K ZAPAMATOVÁNÍ

Základní vlastnosti plynů jsou:

� Molekuly plynu se pohybují neuspořádaným pohybem.

� Vyplňují vždy celý objem uzavřeného prostoru.

� Tekutost – dají se přelévat.

ÚLOHY

1. Navrhněte pokus, kterým zjistíte, že ve třídě je vzduch.

2. Které jiné plyny než vzduch znáte? Kde se používají? Jsou některé z nich jedovaté? Které jsou výbušné?

3. Jaký plyn je v pneumatice automobilu, v baloncích na pouti, v ocelových tlakových lahvích svářečů?

1. Do prázdné sifonové láhve vpusťte z bombičky oxid uhličitý. Nyní tento plyn stříkněte ke dnu malé baňky tak, jako byste nalévali nápoj. Do baňky vhoďte hořící zápalku. Kterou vlastnost oxidu uhličitého jste prokázali? Baňku nechte chvilku v klidu a pokus se zápalkou opakujte. Kterou další vlastnost oxidu uhličitého jste poznali?

1. Z kterých plynů je složen vzduch? Který plyn je ve vzduchu nejvíce zastoupen?

2. Zjistěte, kterými plyny byly plněny balony a vzducholodi.

3. Které plyny se využívají jako palivo?

• Znáte kromě frézií jiné květiny s výraznou vůní?

• Jaká pravidla platí pro přepravu a skladování plynů v tlakových nádobách?

Horkovzdušný balon z 18. století

• Možná jste viděli nafukovací skákadlo, které se používá jako cvičební pomůcka, především při bolestech páteře. Vysvětlete, jak musí být tento míč nahuštěný.

4.2 Čím se plyny liší od kapalin

Plyny i kapaliny jsou složené z molekul. Jak jsme zjistili, plyn vyplní vždy celý objem nádoby. Je to způsobeno tím, že jeho molekuly jsou zcela volné a jejich vzájemné vzdálenosti se mohou podle vnějších podmínek měnit.

Vezměte plastovou injekční stříkačku, zacpěte prstem otvor a tlačte na píst. Pak píst uvolněte. Tento postup několikrát opakujte.

Působením síly na píst jsme docílili, že vzduch ve stříkačce zaujal menší objem. Když jsme píst uvolnili, vzduch jej zatlačil zpět. Vzduch se ukázal jako látka pružná. Stejného výsledku bychom dosáhli i s jiným plynem. Na rozdíl od kapalin jsou plyny stlačitelné. Je to proto, že mezi molekulami plynu jsou mnohem větší vzdálenosti než mezi molekulami kapalin. Působením vnější síly se tyto vzdálenosti dají výrazně zmenšit. Pomine-li působení vnější síly, plyn se rozpíná a vyplňuje celý prostor nádoby.

• Jaké znáte jiné zařízení, které umožňuje nafouknutí míče, pneumatiky automobilu nebo jízdního kola?

Na plechové desce zapalte zmačkaný papír. Pozorujte, jak se dým šíří po třídě.

Dým se promíchává s pohybujícími se molekulami vzduchu a je roznášen po stále větším objemu, čímž se zřeďuje a je stále obtížněji pozorovatelný.

K ZAPAMATOVÁNÍ:

� Vzdálenosti mezi molekulami plynu jsou mnohonásobně větší než mezi molekulami kapalin.

� Plyny mají mnohem menší hustotu než látky pevné a kapalné.

ÚLOHY

1. Jak poznáte, kde je v propíchnuté duši kola dírka? Které vlastnosti plynu přitom využíváte?

2. Proč by nešla nafouknout pneumatika, kdyby v ní nebyl ventil?

3. Proč při hoření suché dřevo praská?

4. Proč propíchnutý míč při dopadu na zem neodskočí?

Zajímá vás, jakou rychlostí se molekuly plynu pohybují? Jejich rychlosti jsou velmi rozdílné. Např. většina molekul kyslíku se pohybuje rychlostí asi 500 m s , což je asi 1 800 km h . Nejrychleji se pohybují molekuly vodíku – některé rychlostmi až

200 km

5. Proč u stlačených plynů hrozí při poškození tlakových lahví výbuch a u kapalin stejného tlaku nikoli?

1. Nafukujte prázdný míč a pozorujte, jak se mění jeho objem. Roste jeho objem neustále? Jak se na nafouknutém míči projeví, když do něj vtlačujete stále více vzduchu? K čemu by mohlo dojít, kdybyste v nafuková ní dále pokračovali?

2. Kde jsou vzdálenosti mezi molekulami vzduchu větší – ve třídě, nebo v nafouknutém míči?

Kompresor

3. Proč plyny musí být uchovávány v uzavřených nádobách?

4. Jak je možné, že se vůně květin ve váze rozšíří po celé místnosti?

5. Při prudkém varu vejce ve vodě praskají. Uděláme-li v širší špičce vejce špendlíkem malinký otvor, skořápka při varu praskat nebude. Jak je to možné?

5. SHRNUTÍ ODDÍLU VLASTOSTI LÁTEK

Atom se skládá z jádra (obsahuje protony a neutrony) a obalu (obsahuje elektrony).

Spojením několika atomů vzniká molekula. Podle uspořádání a vlastností molekul rozlišujeme látky pevné, kapalné a plynné.

Molekuly v látkách pevných jsou vázány na určitou polohu, u kapalin a plynů jsou volné. Molekuly v kapalinách a plynech se pohybují neuspořádaným pohybem.

Přehled vlastností těles z látek pevných, kapalných a plynných látka objem, tvar molekuly stlačitelnost pevná objem stálý, tvar stálý pevně vázané nestlačitelné kapalná objem stálý, tvar podle nádoby volné nestlačitelné plynná objem i tvar podle nádoby volné stlačitelné

• Zkuste podobný balon vyrobit (např. z mikrotenových plachet).

Modely atomů vzácných plynů: helia, neonu a argonu

• Kterým plynem se nejčastěji plní balony?

Plnění balonu z hedvábného papíru horkým vzduchem

Tato učebnice je třetí částí šestidílné řady tematicky zaměřených učebnic fyziky pro výuku na 2. stupni ZŠ (případně v nižších ročnících víceletých gymnázií).

Učebnice jsou zpracovány v souladu s požadavky RVP pro základní vzdělávání. Kladou důraz na rozlišení základního a rozšiřujícího učiva, naplňují mezipředmětové vztahy, přiměřeně zohledňují průřezová témata formulovaná v RVP. Pozornost věnují praktickému aspektu výuky, uvádějí množství úkolů a pokusů vhodných k realizaci ve školních podmínkách. Všechny díly řady vycházejí se schvalovací doložkou MŠMT. Vhodným doplňkem učebnic jsou publikace Seminář a praktikum z fyziky a Sbírka úloh z fyziky pro 6.–9. ročník ZŠ.

Celá řada je tvořena těmito tematickými učebnicemi:

Fyzika 1 (Fyzikální veličiny a jejich měření)

Fyzika 2 (Síla a její účinky – pohyb těles)

Fyzika 3 (Světelné jevy l Mechanické vlastnosti látek)

Fyzika 4 (Elektromagnetické děje)

Fyzika 5 (Energie)

Fyzika 6 (Zvukové jevy l Vesmír)