Issuu

Природничі науки

7 © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Природничі науки Підручник інтегрованого курсу для 7 класу закладів загальної середньої освіти

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

rnk.com.ua/107269 Інтерактивний електронний додаток

Київ • Харків Видавництво «Ранок» 2026 © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

клас

УДК

57.081.1(075.3) П11 Авторський колектив: Юлія Мандренко, Марина Гордієнко, Галина Довгань, Юлія Омелянчук, Ігор Цигвінцев, Ігор Кучер Рекомендовано Міністерством освіти і науки України (наказ Міністерства освіти і науки України від 12.08.2025 № 1135) Підручник створено відповідно до модельної навчальної програми «Природничі науки. 7–9 класи (інтегрований курс)» для закладів загальної середньої освіти (автори Мандренко Ю. І., Довгань Г. Д., Сардига М. В., Омелянчук Ю. О., Боднар О. В., Ментух С. І.) Видано за рахунок державних коштів. Продаж заборонено Підручник успішно пройшов апробацію у 2025/2026 навчальному році (наказ Міністерства освіти і науки України від 02.02.2026 № 139) П11 Природничі науки : підруч. інтегрованого курсу для 7 кл. закл. загал. серед. освіти / [Ю. І. Мандренко, М. Л. Гордієнко, Г. Д. Довгань та ін.]. — Харків : Вид-во «Ранок», 2026. — 240 с. : іл. ISBN 978-617-8775-51-3

УДК 57.081.1(075.3)

Інтерактивний електронний додаток доступний за QR-кодом або посиланням rnk.com.ua/107269

ISBN 978-617-5775-51-3

Мандренко Ю. І., Гордієнко М. Л., Довгань Г. Д., Омелянчук Ю. О., Цигвінцев І. Г., Кучер І. І. 2026 ТОВ Видавництво «Ранок», 2026

Зміст Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. Особливості організації живого . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Тема 1. Основні ознаки живого . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Тема 2. Органи та системи органів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Тема 3. Рослинні та тваринні клітини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Тема 4. Спеціалізовані клітини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2. Мікроорганізми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Тема 1. Групи мікроорганізмів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Тема 2. Мікроорганізми, розкладання і трофічні ланцюги . . . . . . . . . . . . . . 42 Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3. Класифікація живих організмів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Тема 1. Класифікація організмів за характерними ознаками . . . . . . . . . . . . 53 Тема 2. Біологічні ключі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4. Будова та властивості речови . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Тема 1. Фізичні та хімічні властивості речовин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 2. Молекули й атоми. Агрегатні стани речовини . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 3. Періодична система та періодична таблиця хімічних елементів Тема 4. Хімічні елементи, речовини, суміші . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 5. Метали, неметали, сплави . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 6. Середовище розчинів та індикатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70 75 79 83 87 92 98

5. Хімічні реакції . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Тема 1. Хімічна реакція, хімічне рівняння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 2. Процес осадження . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 3. Реакція нейтралізації . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

101 108 113 117

Зміст © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

6. Енергія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Тема 1. Перетворення енергії . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Тема 2. Розсіювання енергії . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7. Сили . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Тема 1. Сила тяжіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Тема 2. Опір повітря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 8. Звук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Тема 1. Поширення звуку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Тема 2. Відлуння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 9. Електричний струм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Тема 1. Електричне коло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 2. Електричні схеми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 3. Сила струму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

169 174 178 182

10. Оболонки Землі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Тема 1. Літосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 2. Наслідки руху тектонічних плит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 3. Атмосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 4. Гідросфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

185 190 200 205 213

11. Земля в космосі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Тема 1. Сонячна система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 2. Припливи й відпливи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тема 3. Затемнення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Перевірте себе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

216 225 231 237

rnk.com.ua/112133 Використані джерела

Зміст © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Дослідникам та дослідницям природничих наук! Світ навколо нас — цікавий і унікальний. Безліч явищ і процесів відбуваються в природі щомиті. Зараз, поки ви читаєте цей текст, планети здійснюють рух у космосі, зростають дерева, рухаються атоми й молекули, у вашому тілі відбуваються налагоджені процеси, що роблять можливим наше життя. І це все, хоч і невидиме для нас, насправді існує. Як і безліч інших унікальних процесів та явищ, про які ми дізнаємося. Під час вивчення цього курсу ми будемо вчитися міркувати як справжні науковці та науковиці, здійснимо десятки захопливих відкриттів, будемо пізнавати, як улаштований наш безмежний Всесвіт та як пов’язані між собою його компоненти. Нехай цей підручник стане для вас скарбничкою власних здобутків та невичерпним джерелом цікавих ідей.

Рубрики підручника Основний навчальний матеріал Попрактикуйтеся: запитання та вправи для закріплення матеріалу Завдання: цікаві завдання, виконуючи які, ви відчуватимете себе справжніми науковцями та науковицями Наука в дії: застосування отриманих знань для розв’язання навчальних і життєвих проблем Зв’язки в науці: відстеження зв’язків між різними природничими науками під час вивчення однієї теми Ключові поняття: перелік найважливіших термінів, які ви опанували протягом теми Підсумки: узагальнення набутих знань та вмінь Оцініть свої досягнення: матеріали для здійснення само оцінювання за підсумками теми

Інтерактивний електронний додаток: інтерактивні завдання та додаткові матеріали rnk.com.ua/107269 5

Вступ © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

1 Розділ

Особливості організації живого Це фото було зроблене марсоходом, який досліджував поверхню та гірські породи сусідньої планети. Вивчаючи зразки цих порід, науковці та науковиці намагаються з’ясувати, чи існувало коли-небудь на Марсі життя. Яким чином встановити приналежність певного об’єкта до живої природи? Що є структурною та функціональною одиницею живого?

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● про процеси, ознаки та властивості, які притаманні живому; ● про будову та функції клітин; ● як із клітин формуються складніші рівні організації живого тіла — тканини, органи та системи. У цьому розділі ви навчитеся: ● вести спостереження за об’єктами живої природи, вимірювати та описувати їх; ● опрацьовувати та представляти дані; ● використовувати докази для підтвердження наукових гіпотез. rnk.com.ua/108102

rnk.com.ua/108103

Розділ 1. Тема 1

Основні ознаки живого Будете навчатися:

● визначати ознаки та властивості, що допоможуть розрізняти живі організми та об’єкти неживої природи; ● висувати гіпотези та перевіряти їх на достовірність; ● подавати результати наукових досліджень.

Працюємо як науковці та науковиці Навколишній світ надзвичайно дивовижний, сповнений загадок і таємниць. Відповіді на них намагаються знайти науковці та науковиці, висловлюючи різноманітні ідеї. Ці ідеї потребують перевірки та називаються гіпотезами. Істинність або хибність гіпотез перевіряється за допомогою експериментів. Перед проведенням експериментів науковці та науковиці на основі висунутих гіпотез роблять припущення (що, на їхню думку, відбудеться під час експерименту, якщо гіпотеза виявиться істинною). Науковці та науковиці здійснюють експерименти з наступним поясненням результатів. Результати спостережень та вимірювань, отримані за допомогою експериментів, називаються даними. Науковці та науковиці використовують свої дані як докази, щоб висловити твердження про правильність або хибність висунутих ідей. Це твердження називається висновком. Під час написання висновку науковці та науковиці пояснюють, яким чином їхні докази (дані) підтверджують гіпотезу (доводять її істинність) або спростовують її (доводять її хибність). Висновки є узагальненням результатів експерименту з доказом істинності / хибності гіпотези. Заключний етап експерименту — «Оприлюднення / Представлення результатів».

Попрактикуйтеся 1

Напишіть, якої послідовності дій необхідно дотримуватися науковцеві / науковиці, щоб перевірити істинність своєї гіпотези.

Основні ознаки живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Організми

Рис. 1.1. В. І. Вернадський (1863–1945) — український науковець, перший президент Української академії наук, природознавець, основоположник учення про біосферу

Живі істоти називають організмами. Усі організми мають певні властивості та виконують дії, що роблять можливим їхнє життя, та називаються процесами життєдіяльності. Ці процеси забезпечують існування найрізноманітніших організмів. Щоб довести, що об’єкт природи живий, необхідно пересвідчитись, що йому притаманні всі процеси життєдіяльності. До головних процесів (ознак), властивих живому, належать: активний рух (самостійне переміщення або зміна положення тіла чи його окремих частин); розмноження (відтворення нових, собі подібних організмів); подразливість (здатність реагувати на подразники); ріст (збільшення розмірів організму); розвиток (зміна якісних характеристик); дихання (отримання енергії шляхом окиснення органічних речовин); виділення (виведення назовні непотрібних продуктів обміну речовин); живлення (споживання їжі).

Рух Живі організми здатні самостійно рухатися, за винятком, наприклад, губок та коралових поліпів. Рослинам властиві ростові рухи, зміна положення окремих частин тіла (наприклад, листків чи квіток). Тварини ж, шукаючи їжу, місце для перепочинку або, втікаючи від небезпеки, активно переміщуються у просторі всім своїм тілом.

Попрактикуйтеся 2

Знайдіть у довідкових джерелах інформацію про наукові дослідження, здійснені В. Вернадським (рис. 1.1). Створіть постер / лепбук / фотоколаж / інфографіку (на вибір) про досягнення В. Вернадського. Проаналізуйте, чи є відмінності у процесах життєдіяльності організмів різних кліматичних зон. Наприклад, чи однаково дихають і ростуть орга нізми в пустелі та в тундрі? Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 4

Яке значення має рух у житті сірих мухоловок (рис. 1.2)?

Розмноження

Рис. 1.2. Мухоловка сіра годує пташенят

Організми розмножуються, відтворюючи собі подібних. У результаті цього процесу з’являються нові організми, які називають потомством. У багатьох випадках науковців та науковиць цікавить, яка кількість особин певного виду населяє ту чи іншу територію. Особливо, коли мова йде про рідкісні або зникаючі види живих організмів. Дані про чисельність особин можуть бути представлені у вигляді стовпчастих діаграм або таблиць. Стовпчасті діаграми використовуються для порівняння кількох різних груп або категорій даних.

Країна Європи

Чисельність популяції лося в 2024 році

Польща

20 100

Норвегія

120 000

Україна

7 135

80 000 70 000 Кількість особин

Таблиця 1.1. Чисельність популяції лося в окремих країнах Європи в 2024 році

Чисельність популяції лося в різних країнах Європи у 2017 році

60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0

Норвегія

Україна Польща Країни Європи

Рис. 1.3. Стовпчаста діаграма на основі даних про чисельність популяції лося європейського

Попрактикуйтеся 5

Представте дані про чисельність популяції лося європейського в 2024 році, що наведені у таблиці 1.1, за допомогою стовпчастої діаграми.

Розгляньте стовпчасту діаграму на рис. 1.3. Якою була чисельність популяції лося на території України в 2017 році?

Основні ознаки живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 7

Рис. 1.4. Лось європейський

а) Як змінилася чисельність популяції лося європейського на території України з 2017 р. по 2024 р.? б) Який процес життєдіяльності забезпечує відтворення організмів та збільшення чисельності особин у популяціях? в) Запропонуйте три заходи, що допоможуть збільшити чисельність популяції лося (рис. 1.4) в країнах Європи. Для цього можна скористатися довідковими джерелами та міжнародним досвідом природоохоронної діяльності.

Подразливість Організми здатні відчувати все, що відбувається довкола та всередині них, і відповідним чином реагувати. Здатність реагувати на подразники називається подразливістю. Наприклад, багато тварин знаходять їжу за допомогою нюху та виявляють небезпеку за допомогою слуху чи зору. Органи чуття допомагають організму виживати, забезпечувати себе необхідними ресурсами та взаємодіяти з навколишнім світом. Людина володіє різними органами чуттів, за допомогою яких сприймає навколишній світ. До них належать органи зору, слуху, нюху, смаку, дотику та положення тіла в просторі.

Попрактикуйтеся 8

Лосі можуть стати здобиччю для вовків. Спробуйте пояснити, що допомагає лосям уникати хижаків. Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 1.1. Досліджуємо чутливість шкіри людини Чому чутливість різних частин нашого тіла різна? Щоб відповісти на це запитання, науковець / науко виця висунув / ла таку гіпотезу: чутливість шкіри різних частин тіла є різною. Вам необхідно перевірити висунуту гіпотезу. Спочатку зробіть припущення, що буде відбуватись, якщо ця гіпотеза істинна. Для цього серед поданих частин руки виберіть ту, яка, на вашу думку, буде найбільш чутливою до дотику: ● кінчик середнього пальця; ● зовнішня сторона середнього пальця; ● зовнішня сторона руки; ● долоня. 1. Обережно зігніть шматок дроту у формі англійської літери U так, щоб відстань між кінчиками була приблизно 5 мм. 2. Попрацюйте в парах з сусідом по парті. Спочатку один з вас має закрити очі (або надягти пов’язку). Інший обережно почергово доторкається кінчиками дроту вищезазначених частин шкіри руки партнера. Кожного разу, коли хтось із вас торкатиметься кінцями дроту до руки, інший із закритими очима повинен буде сказати, скільки кінчиків дроту (один чи два) він відчуває. 3. Зменшіть відстань між кінчиками дроту до 1 мм та повторіть крок 2. 4. Запишіть результати своїх спостережень у таблицю. 5. Чи виявилась істинною висунута гіпотеза? 6. Поясніть, як за допомогою результатів дослідження можна обґрунтувати, шкіра якої частини руки є найбільш чутливою. Це пояснення буде вашим висновком. Презентуйте результати своєї роботи в класі.

Попрактикуйтеся 9

За допомогою яких органів та частин тіла ми відчуваємо: а) смак морозива; б) віддалений крик? Розгляньте зображення 1.5. На які подразники реагує венерина мухоловка? Що саме вона сприймає?

Рис. 1.5. Венерині мухоловки мають спеціальні листки–пастки, які раптово закриваються, ловлячи комах

Основні ознаки живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Ріст Усі організми в процесі свого життя ростуть. Деякі організми в певний момент часу перестають рости, але є й такі, які ростуть протягом усього свого життя. Зміни певного параметра (наприклад, такого як маса чи розміри тіла) впродовж тривалого періоду часу найкраще відображають лінійні графіки. За допомогою лінійних графіків ми можемо відобразити певні закономірності та тенденції у змінах даних. Динаміка росту Марка впродовж життя

200 180 160

Кожну контрольну точку акуратно помітьте олівцем позначкою X. Усі позначки контрольних точок з’єднайте за допомогою лінійки прямими лініями.

Зріст (см)

140 120 100 80 60

Тут можуть відображатися різні величини, виражені в різних одиницях вимірювання.

40 20 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

На цьому графіку час позначено на горизонтальній осі.

Час (роки) Рис. 1.6. Лінійний графік показує, як з віком змінювався зріст Марка

Попрактикуйтеся 11 12

Рис. 1.7. Левеня

Розгляньте графік на рис. 1.6. Встановіть, яким був зріст Марка, коли йому було 12 років. Маса тіла новонародженого левеняти становить 0,6 кг. Через місяць цей показник збільшується до 4,2 кг. Через два місяці — до 9,0 кг, а через три — близько 14,2 кг. а) Заповніть таблицю з даними, що відображають зміни маси тіла левеняти (рис. 1.7). б) Побудуйте лінійний графік. Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 13 14

Назвіть, у чому полягає головна відмінність між процесами росту та розвитку. Подумайте, за допомогою яких засобів (лінійного графіка чи стовпчастої діаграми) краще представити наступні дані. Обґрунтуйте свій вибір. а) Маса тіла малят різних видів тварин. б) Зміна кількості особин лося європейського на певній території протягом якогось періоду часу.

Дихання Під диханням часто розуміють простий механічний процес, пов’язаний з рухом м’язів, послідовним підніманням та опусканням грудної клітки, вдихом та видихом. Але дихання також включає складний хімічний процес, який може відбуватися у тканинах чи кожній клітині тіла. Цей процес пов’язаний із виділенням енергії внаслідок окиснення органічних речовин. Таке дихання називають клітинним. Усі організми дихають, щоб вивільнити енергію для забезпечення їхніх процесів життєдіяльності. Більшість з них, зокрема тварини й рослини, під час дихання поглинають і використовують кисень та виділяють вуглекислий газ. Виявити вуглекислий газ можна за допомогою вапняної води (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Якщо через вапняну воду пропустити вуглекислий газ, прозора та безбарвна рідина набуде молочного забарвлення (детальніше в темі 1 розділу 5)

Завдання 1.2. Досліджуємо виділення вуглекислого газу Чи виділяє людина під час видиху вуглекислий газ? 1. Використайте інформацію про процеси дихання, яку ви вже знаєте, та доповніть подану нижче гіпотезу: вуглекислий газ мав би виділятися, оскільки... 2. Об’єднайтеся в групи. Сплануйте експеримент, щоб перевірити цю гіпотезу. Дотримуйтеся правил безпечного виконання експериментів.

Основні ознаки живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

3. Проведіть спланований експеримент і використайте результати спостережень як докази для підтвердження або спростування висунутої гіпотези. 4. Презентуйте результати групової роботи. Оцініть роботу кожного учасника / учасниці групи.

Попрактикуйтеся 15

В результаті якого процесу в організмі людини утворюється вуглекислий газ?

Яким чином ми виводимо вуглекислий газ з організму?

Виділення

Рис. 1.9. Модель сечовидільної системи

У процесі життєдіяльності організм виробляє велику кількість продуктів обміну речовин, які йому не потрібні або взагалі можуть бути шкідливими для нього. Ці речовини організм виводить назовні під час процесів виділення. Ключовими органами сечовидільної системи є парні бобоподібні нирки, що здійснюють фільтрування (рис. 1.9). Переважна більшість тварин непотрібні речовини виводить у вигляді рідини, яка називається сечею. У рослин також відбуваються процеси виділення, зокрема, надлишку води через поверхню листків, а шкідливих речовин через корінь та листкові пластинки під час листопаду.

Наука в дії. Застосування продуктів обміну Речовини, які виділяються з сечею, можуть бути корисними. У минулому у французьких військах збирали сечу солдатів, щоб виділити з неї речовини, потрібні для виготовлення пороху. У Стародавньому Єгипті сечу використовували для фарбування тканин. Сьогодні команда корейських науковців та науковиць намагається з речовин, що містяться в сечі, створити нові види палива, які вироб лятимуть електроенергію. Щоб цей процес міг бути реалізований, необхідно провести ще багато експериментів.

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 1.3. Досліджуємо життя на Марсі Багатьох науковців та науковиць сьогодні цікавить питання, чи є життя на Марсі. Дехто з них припускає, що Марс може бути домівкою для мікроорганізмів, які виділяють газ метан. Цю ідею намагаються перевірити за допомогою космічних зондів, які досліджують склад газів на Марсі та дають змогу з’ясувати походження метану. Адже, крім живих істот, цей газ можуть вивільняти й деякі гірські породи. Донедавна одним із таких зондів був індійський космічний апарат «Мангальян». 1. Сформулюйте: а) питання, яке ставлять перед собою науков ці та науковиці; б) гіпотези, які висунули окремі науковці та науковиці; в) яким чином вони отримували дані. 2. Підготуйте інформацію з додаткових джерел про космічні зонди та місії, що шукають життя на Марсі.

Живлення Організмам для забезпечення життєдіяльності необхідно постійно використовувати певні речовини. Іншими словами, їм необхідно живитися. Люди та тварини отримують поживні речовини з їжі (гетеротрофний тип живлення) (рис. 1.10). Рослини ж самі утворюють собі поживні речовини, використовуючи енергію Сонця, але їм також потрібна невелика кількість речовин з ґрунту (автотрофний тип живлення). Венерині мухоловки живуть у місцях, де поживних речовин у ґрунті недостатньо, тому вони навчилися отримувати їх з комах.

Рис. 1.10. Тваринам притаманне гетеротрофне живлення

Попрактикуйтеся 17

Чим відрізняються типи живлення корів та тигрів?

Основні ознаки живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 18

Деякі автомобілі з функцією автопілота використовують бензин як паливо. Вони вміють оминати перешкоди та можуть безпечно перевозити людей. а) Чим ці автомобілі схожі з живими організмами? б) Чому вони не належать до об’єктів живої природи?

Завдання 1.4. Як рослини реагують на світло Чи можуть рослини в процесі росту вигинатися в певному напрямку? 1. Щоб відповісти на це запитання, доповніть подану нижче гіпотезу: напрямок, в якому росте рослина, залежатиме від напрямку... 2. Сплануйте експеримент, щоб перевірити цю гіпотезу. Ви можете посіяти насіння та, використавши картон, забезпечити потрапляння світла на нього лише з одного боку. 3. Зробіть припущення. 4. Проведіть свій експеримент і використайте результати спостережень як докази, що допомогли б дати відповідь на запитання. Презентуйте результати своєї роботи.

Підсумки ✎ Процеси життєдіяльності, які притаманні всім живим організмам, забезпечують їхнє життя. ✎ До процесів життєдіяльності належать, зокрема: рух, розмноження, по дразливість, ріст, розвиток, дихання, виділення та живлення. ✎ Науковці та науковиці збирають дані, на основі яких підтверджують або спростовують свої гіпотези.

Оцініть свої досягнення

Ключові поняття

✅ Я знаю, як можна продемонструвати певні закономірності та інтерпретувати докази. ✅ Я можу робити припущення на основі гіпотез та представляти докази, спираючись на отримані дані.

Висновок, дані, доказ, гіпотеза, припущення, стовпчаста діаграма, лінійний графік, організм, процеси життєдіяльності, рух, розмноження, ріст, розвиток, подразливість, дихання, виділення, живлення.

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108104

Розділ 1. Тема 2

Органи та системи органів Будете навчатися:

● розуміти, як організми побудовані з клітин; ● пояснювати, як клітини, тканини, органи та їхні системи пов’язані між собою; ● класифікувати системи органів та функції, які вони виконують.

Органи людини У вашому організмі є легені, серце, мозок. Це все — органи (частини вашого тіла, що мають певну будову та виконують важливі функції). На рис. 1.11 показано основні органи тіла людини та описано, які функції вони в ньому виконують.

головний мозок – основний орган центральної нервової системи, який здійснює регуляцію функцій організму шкіра — найбільший орган організму людини, захищає тіло та забезпечує дотикову чутливість, відчуває температуру, вологу, тиск тощо

кровоносні судини — трубчасті органи, які забезпечують циркуляцію крові в організмі серце — м’язовий порожнистий орган, який, скорочуючись, забезпечує перекачування крові судинами

легені — парні органи дихальної системи, які забезпечують газообмін: надходження кисню в кров і виведення з неї вуглекислого газу та водяної пари

діафрагма — м’яз, який забезпечує дихальні рухи

печінка — орган, який виробляє жовч та розщеплює різноманітні речовини, бере участь у травленні, обміні речовин та кровотворенні

шлунок — непарний порожнистий орган травної системи, слугує резервуаром для спожитої їжі, а також знезаражує, перетравлює та сприяє її всмоктуванню

тонка кишка — орган травної системи, розщеплює та перетравлює поживні речовини, сприяє їхньому всмоктуванню в кров

нирки — парні органи, які очищають кров та виробляють сечу товста кишка — орган травної системи, всмоктує воду з неперетравлених решток їжі

сечовий міхур — порожнистий м'язовий орган, накопичує сечу

Рис. 1.11. Основні органи тіла людини

Основні ознаки живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 1

Назвіть м’яз, який забезпечує дихальні рухи.

Назвіть парні органи, які є в організмі людини.

Які процеси життєдіяльності виконують наступні органи? а) легені; в) тонка кишка; б) нирки; г) шкіра.

Який(і) орган(и) людського організму: а) виробляє(-ють) та розщеплює(-ють) різноманітні речовини, бере(-уть) участь у травленні, обміні речовин та кровотворенні; б) забезпечує(-ють) циркуляцію крові?

Кількість трансплантацій

Наука в дії. Трансплантація органів

800 700 600 500 400 300 200 100 0

316

384

585

2021 рік 2022 рік 2023 рік Роки проведення трансплантацій

Рис. 1.12. Стовпчаста діаграма на основі даних про кількість органних трансплантацій в Україні у 2021–2023 рр.

Найбільш достовірні дані про ранні трансплантації органів стосувалися «пересадки шкіри», яку проводив хірург Сушрута в II столітті до нашої ери на території Індії. Він робив спроби пересадки шкіри з однієї частини тіла на іншу тієї ж самої людини. У сучасний період лікарі та лікарки усього світу щороку роблять сотні тисяч пере садок шкіри, переважно для лікування людей з опіками. Трансплантація донорських органів є складною процедурою, тому що організм може не прийняти чужий орган. У лабораторіях досліджуються методи відновлення органів з власних клітин людини. У нашій країні кількість операцій з трансплантації органів щорічно зростає. З 2021 по 2023 рік в Україні проведено понад тисячу пересадок різних органів, в тому числі серця, печінки, легенів, нирок, тощо (рис. 1.12).

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 5

Дізнайтеся, коли лікарі та лікарки вперше успішно здійснили пересадку цих органів від однієї людини іншій: печінки, серця, легень. Запишіть дані у вигляді таблиці, де буде вказано назву органа, рік, країну.

Системи органів людини Органи взаємодіють між собою, утворюючи системи органів. Розглянемо окремі з них (рис. 1.13): серцево-судинна система — забезпечує кровообіг у тілі людини; нервова система — регулює діяльність усіх систем організму та забезпечує його зв’язок з навколишнім середовищем; дихальна система — забезпечує збагачення крові киснем, виводить з організму вуглекислий газ; травна система — розщеплює їжу на поживні речовини та забезпечує їхнє всмоктування в кров; скелетно-м’язова система — забезпечує опору та рух тіла, захищає окремі його частини.

ǛǔǏǕǏǜǗǘ ǖ ǩǑǘǌǊ ǛǒǛǜǏǖǊ

ǛǏǚǠǏǌǘ ǛǝǎǒǗǗǊ ǛǒǛǜǏǖǊ

ǗǏǚǌǘǌǊ ǛǒǛǜǏǖǊ

ǎǒǟǊǕǦǗǊ ǛǒǛǜǏǖǊ

ǜǚǊǌǗǊ ǛǒǛǜǏǖǊ

Рис. 1.13. Деякі системи органів людини. Назвіть ключові органи цих систем

Органи та системи органів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 6

Запишіть дані про п’ять систем органів організму людини у вигляді таблиці: в першому стовпці якої запишіть назву системи, в другому пере рахуйте органи, що входять до неї, а в третьому — її функції. Ще однією з систем органів тіла людини є видільна. а) Яку функцію виконує ця система? б) Назвіть принаймні два органи, які входять до цієї системи.

Органи рослин У рослин також є органи. На рис. 1.14 показано основні органи квіткових рослин та зазначено їхні функції. Корінь, стебло та листки є частинами системи, яка забезпечує рослину водою. Усім частинам рослини необхідна вода. Коли її не вистачає, рослини в’януть. Корені рослин поглинають (всмоктують) воду з ґрунту. Після всмоктування вода піднімається стеблом та потрапляє в листки.

листок — орган рослин, який виконує функції газообміну, випаровування та утворення органічних речовин з неорганічних (вуглекислого газу та води) під дією сонячного світла (процес фотосинтезу) квітка — генеративний (статевий) орган рослини, який забезпечує її статеве розмноження

стебло — орган, який забезпечує транспорт речовин в організмі рослини, виконує опорну функцію та об’єднує усі органи рослини в єдине ціле

корінь — орган, який закріплює рослину в ґрунті та поглинає з нього поживні речовини

Рис. 1.14. Функції основних органів квіткової рослини

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Структура органів М’язи та кістки — це внутрішні органи людини. Вони є частиною скелетно-м’язової системи. Кістки та м’язи забезпечують опору та рух нашому організму. На рис. 1.15 зображена стегнова кістка людини. Різні її частини (ділянки) виглядають неоднаково, бо побудовані з різних тканин. Тканинну різноманітність (диференціацію) мають й інші органи. Тканини складаються з ще менших частин, які нагадують комірки та називаються клітинами. У тканину входять клітини, які подібні будовою, походженням та виконуваними функціями. Клітини — це найменші функціональні одиниці, з яких складаються організми.

гіаліновий хрящ (тканина, що запобігає тертю кісток у суглобах) губчаста кісткова тканина щільна (тверда) кісткова тканина

Рис. 1.15. Різноманітність тканин, що входять до складу стегнової кістки людини

Завдання 1.5. Досліджуємо тканини рослин і тварин Дослідіть один із запропонованих об’єктів. а) Розгляньте куряче крило перед приготуванням. Спробуйте визначити, з яких тканин воно складається. За можливості знайдіть хрящ. б) Розріжте яблуко та опишіть його частини. Які тканини можна виявити в різних частинах яблука? Напишіть короткий звіт (до 200 слів) про досліджені тканини. На рис. 1.16 зображена морква. Це — видозмінений корінь, або коренеплід, що містить запас поживних речовин. Колір центральної та зовнішньої частин морквини різний, що може свідчити про неоднаковий вміст пігментів або особливості будови тканин.

покривна тканина

ксилема — провідна тканина, якою здійснюється транспорт води у рослині (знизу вгору), іншим різновидом провідної тканини є флоема, яка здійснює транспорт органічних речовин (у низхідному напрямку)

Рис. 1.16. Коренеплід — це видозмінений корінь

Органи та системи органів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 8

9 10 11

а) Чому так важливо, щоб на голівках деяких кісток була хрящова тканина? б) Із яких структурних одиниць побудована будьяка тканина? в) Поясніть, чому ми вважаємо кістку органом. г) До якої системи органів належить кістка?

Як називаються тканини рослин, які транспортують воду і поживні речовини? Порівняйте переваги парних та непарних органів з погляду функцій та значення для організму. Обґрунтуйте, чому деякі органи є парними, а інші — непарними, і як це впливає на їхнє функціонування. Об’єднайтеся в групи та співставте функції органів людини і квіткової рослини.

Підсумки ✎ Багато органів людини взаємодіють між собою, об’єднуючись у системи органів. Зокрема, до них належать: серцево-судинна, нервова, дихальна та травна системи організму. ✎ До основних органів рослин належать: корінь (закріплює рослину в субстраті та поглинає поживні речовини з ґрунту), стебло (забезпечує транспорт речовин в організмі рослини та виконує опорну функцію) і листок (виконує функції газообміну, випаровування та фотосинтезу — утворення органічних речовин). ✎ Квіткові рослини мають квітку, генеративний орган, який забезпечує їх статеве розмноження.

Ключові поняття

Оцініть свої досягнення

Клітина, тканина, орган, система органів, серцево-судинна система, скелетно-м’язова система, нервова система, дихальна система, травна система, видільна система, рослина.

✅ Я можу представити результати дослідження у вигляді стислої доповіді, яка міститиме короткі тези та зображення (діаграми, графіки, схеми, таблиці тощо). ✅ Я можу перерахувати функції серцево-судинної, скелетно-м’язової, нервової, дихальної, травної, видільної систем органів людини.

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108105

Розділ 1. Тема 3

Рослинні та тваринні клітини Будете навчатися:

● розрізняти основні частини клітини та їхні функції; ● відрізняти тваринні та рослинні клітини; ● визначати причини та способи використання мікроскопа для дослідження дуже маленьких об’єктів; ● встановлювати переваги та недоліки використання моделей у дослідженнях; ● відрізняти одно- та багатоклітинні організми.

Тканини утворені клітинами, подібними за походженням, будовою та виконуваними функціями. Пригадайте, що ви вже знаєте про клітини. У складному за будовою організмі, такому як рослина чи тварина: клітини, подібні за будовою та функціями, формують тканину; сукупність тканин, які взаємопов’язані між собою, утворює орган; сукупність органів, які взаємодіють між собою і об’єднані виконанням певних функцій, утворює систему органів. Завдяки мікроскопам ми знаємо, з яких частин побудовані клітини та які функції вони виконують. На рис. 1.17 показано модель клітини тварини. Основними її частинами є: ядро — зберігає спадкову інформацію та керує всіма процесами, що відбуваються в клітині; клітинна мембрана — відокремлює цитоплазму клітини від навколишнього середовища та забезпечує вибіркову проникність речовин у клітину; цитоплазма — напіврідкий драглистий вміст клітини, в якому відбуваються процеси обміну речовин. До складу цитоплазми входить мітохондрія — двомембранна органела, що забезпечує клітинне дихання і накопичення енергії в клітині.

ядро мітохондрія

цитоплазма

клітинна мембрана

Рис. 1.17. Модель клітини тварини

Органи та системи органів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

клітинна стінка клітинна мембрана цитоплазма ядро вакуоля мітохондрія хлоропласт

Рис. 1.18. Модель рослинної клітини (горошинка ≈ 5 мм у діаметрі, рослинна клітина менша приблизно в 500 разів)

На рис. 1.18 зображено модель клітини рослини. Клітини рослин можуть мати різноманітну форму (видовжену, кубічну, округлу) та містять особливі структури й органели: хлоропласти — органели клітини, властиві лише рослинним організмам, у яких відбувається утворення органічних речовин у процесі фотосинтезу; клітинна стінка — поверхневий компонент клітини, побудований із целюлози, що оточує клітини рослини, у грибів, бактерій та архей вона складається із інших вуглеводів; вакуоля — органела, заповнена рідиною (клітинним соком), у якій зберігаються та накопичуються поживні речовини та продукти обміну речовин, що регулює тиск у клітині й підтримує її форму.

Попрактикуйтеся Створіть діаграму Венна, яка проілюструє спільні та відмінні риси в будові рослинної та тваринної клітин.

2 Bud 1

3 4 5 6 7 8 9 10 11

Pilus Capsule Nucleoid Mesosome Plasmid

Рис. 1.19. Моделі клітини гриба (зліва) і клітини бактерії (справа) Позначки: 1. Septum. 2. Golgi apparatus. 3. Peroxisome. 4. Round ER. 5. Nucleus. 6. Nucleolus. 7. Lysosome. 8. Cytoskeleton. 9. Mitochondrion. 10. Vacuole. 11. Bud Scar

Поясніть, чому деякі клітини (а відтак і органи рослин) мають зелене забарвлення. Чи однакові причини зеленого забарвлення рослин і тварин? Виконайте груповий проєкт: створіть таблицю, у якій укажіть, хто і коли досліджував будову клітини (прізвища науковців та науковиць, країна, рік та суть відкриття тощо). Розгляньте моделі клітини гриба (fungal cell) і клітини бактерії (bacterial cell) (рис. 1.19). Перекладіть назви органел з англійської на українську (за потреби скористайтеся словником). Визначте, які з органел ви вже зустрічали у клітинах рослин або тварин.

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 1.6. Досліджуємо клітини Об’єднайтеся в групи. Створіть власну модель рослинної або тваринної клітини. Поміркуйте, які природні матеріали (солома, листя, мох, трава тощо) найкраще буде використати для виготовлення кожної з частин клітини. Наприклад, клітинну мембрану можна виготовити зі смужки натуральної тканини, а ядро — з камінця. 1. Висловіть думку про те, як ваша модель може бути корисною для вивчення будови клітини. 2. Поміркуйте та обговоріть, чим створена вами модель відрізнятиметься від справжньої клітини. 3. Презентуйте результати групової роботи. Оцініть роботу кожного учасника / учасниці групи.

Наука в дії. Дослідження мікроорганізмів У XVII столітті в голландському місті Делфт жив торговець тканинами Антоні ван Левенгук. Він досягнув надзвичайної майстерності у виготовленні та шліфуванні лінз, які були йому необхідні для перевірки якості тканин. Встановлюючи свої лінзи в металеві оправи, Левенгук навчився виготовляти мікроскопи. Це дало змогу проводити передові дослідження для свого часу. Виготовлені ним мікроскопи дозволили йому зробити цілу низку відкриттів. Зокрема, Антоні ван Левенгук став першою людиною, якій вдалося побачити та описати одноклітинні мікроорганізми (рис. 1.20). Рис. 1.20. Деякі оригінальні замальовки мікроорганізмів Антоні ван Левенгука, які він розглядав за допомогою саморобних мікроскопів

Мікроскопи 1665 року англійський природодослідник Роберт Гук, розглядаючи в мікроскоп кору коркового дуба, виявив, що вона була розділена на безліч крихітних комірок. Вони нагадували йому монастирські келії. Через це він назвав їх клітинами «cellulae» (лат. cellula — келія, комірка). Хоча Р. Гук вважав клітини порожніми, а живими лише їхні стінки, саме завдяки йому з’явився термін «клітина». Рослинні та тваринні клітини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

револьвер

окуляр

об’єктив предметний столик предметне скло

регулювальний гвинт

джерело світла або дзеркало

Рис. 1.21. Будова світлового мікроскопа

На рис. 1.21 зображено сучасний світловий мікроскоп. Те, що розглядають під мікроскопом називають об’єктом. Об’єкт поміщають на предметне скло, яке фіксують на предметному столику. Світло, яке йде від джерела світла або дзеркала, проходить через об’єкт і потрапляє в об’єктив. Щоб побачити об’єкт, нам потрібно подивитися в окуляр, який, як і об’єктив, містить систему лінз. Для роботи мікроскопа необхідне світло, тому ми називаємо його оптичним або світловим.

Попрактикуйтеся 5

а) Назвіть частини мікроскопа, розташовані над предметним столиком. б) Скільки об’єктивів у револьвері мікроскопа, зображеного на рис. 1.21? Поясніть, чому на предметному столику, безпосередньо над джерелом світла, є отвір.

Наука в дії. Дослідження мікроорганізмів Згідно з записами стародавніх єгиптян, ще 7000 років тому люди почали використовувати скляні лінзи для збільшення предметів. Фундаментальні праці про оптику, в яких описувалися лінзи та принципи їхньої дії, написав арабський науковець Ібн аль-Хайсам ще тисячу років тому. Про те, хто ж саме і коли винайшов мікроскоп, сьогодні говорити досить важко. Дуже часто появу мікроскопа (а також телескопа) пов’язують з 1590 роком, з іменами голландських майстрів окулярів Іоанна Ліпперсгея та Захарії Янсена. Сам термін «мікроскоп» запропонував Джованні Фабер для назви збільшувального приладу, який створив у 1609 році Галілео Галілей (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Зображення моделі мікроскопа Галілео Галілея (1564–1642)

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Використовуємо мікроскоп Нижче наведені правила роботи з мікроскопом. Ніколи не використовуйте світловий мікроскоп, якщо на нього потрапляють прямі сонячні промені. Не спрямовуйте дзеркало прямо на Сонце, щоб не зіпсувати зір!

В Г

Роботу з мікроскопом завжди слід починати з малого збільшення, тому перед роботою розмістіть над предметним столиком об’єктив із найменшою збільшувальною здатністю. Розмістіть об’єкт на предметному столику під об’єктивом. Дивлячись збоку, опускайте об’єктив за допомогою регулювального гвинта до тих пір, поки відстань між нижньою лінзою об’єктива і об’єктом не стане 2–3 мм. Дивлячись одним оком в окуляр, направте світло від дзеркала в об’єктив. Дивлячись одним оком в окуляр, обертайте регулювальний гвинт на себе, плавно підводячи об’єктив до кращої видимості зображення об’єкта.

Не опускайте об’єктив, дивлячись в окуляр, щоб не пошкодити об’єкт та мікроскоп.

Відрегулюйте регулювальний гвинт так, щоб зображення стало сфокусованим (чітким).

Для вивчення об’єкта при великому збільшенні, поставте обрану ділянку в центр поля зору мікроскопа при малому збільшенні, а потім, повертаючи револьвер, поміняйте об’єктив на такий, що має більшу кратність.

Попрактикуйтеся 7

Пригадайте правила безпечної роботи з мікроскопом. Доповніть кожне з поданих нижче правил: а) щоб не завдати шкоди здоров’ю ... б) щоб не пошкодити мікроскоп та об’єкт ...

Рослинні та тваринні клітини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 1.7. Досліджуємо клітини Як виглядають клітини під мікроскопом? На рис. 1.23 та 1.24 представлено зображення клітин під мікроскопом. 1. Замалюйте в робочий зошит по одній клітині з кожного зображення. Позначте назви частин, з яких складаються клітини. 2. Яка з цих клітин належить тваринному організму, а яка — рослинному? Обґрунтуйте свою відповідь та зробіть висновок. 3. Якщо є така можливість, розгляньте різні об’єкти. З’ясуйте, зразки чиїх клітин на кожному об’єкті, поясніть, яким чином вам вдалося це з’ясувати. Замалюйте всі типи клітин, які ви розглянули.

Рис. 1.23. Клітини під мікроскопом. Клітини пофарбували барвниками, щоб краще було видно їхні складові

Рис. 1.24. Ще один тип клітин під мікроскопом

Попрактикуйтеся 8

10 11

Вам необхідно встановити: рослині чи тварині належить певний зразок тканини. а) Яким обладнанням вам необхідно буде скористатися? б) Яким чином ви визначатимете, кому належать ці тканини? Заповніть таблицю про будову мікроскопа. Відмітьте в одному зі стовпців таблиці назви деталей мікроскопа, а в іншому — їхні функції. Чому об’єкт, який розглядаємо під мікроскопом, має бути тонким.

Клітина серцевого м’яза має форму довгого циліндра. Її довжина становить 0,1 мм, а ширина — 0,02 мм. Якою буде довжина та ширина клітини, якщо збільшити її зображення в 500 разів?

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Одноклітинні та багатоклітинні організми Рослини та тварини складаються з дуже великої кількості клітин. Вони є багатоклітинними організмами. Деякі організми можуть бути побудовані лише з однієї клітини, це так звані — одноклітинні організми. Усі одноклітинні є мікроорганізмами, оскільки вони не видимі людському оку (їх можна побачити лише за допомогою мікроскопа). До одноклітинних мікроорганізмів належать бактерії та протисти (рис. 1.25–1.26).

червоне вічко цитоплазма

Рис. 1.25. Бактерія Escherichia coli (кишкова паличка). Збільшення х 26 000

Підсумки

ядро

клітинна мембрана

Рис. 1.26. Протисти із роду Euglena. Збільшення х 50

Ключові поняття

✎ Клітини тварин містять основні органели для забезпечення життєдіяльності, до прикладу, ядро, цитоплазму, мітохондрії та клітинну мембрану. ✎ Клітини рослин, окрім основ них органел, мають вакуолю з клітинним соком та клітинну стінку. У рослинних клітинах містяться пластиди — особливі органели, що властиві лише їм. ✎ Оптичний мікроскоп використовують для дослідження зразків надзвичайно дрібних об’єктів.

Рослинна клітина, тваринна клітина, ядро, клітинна мембрана, клітинна стінка, хлоропласт, цитоплазма, мітохондрія, мікроорганізм, мікроскоп.

Оцініть свої досягнення ✅ Я знаю, коли необхідно використовувати оптичний мікроскоп. ✅ Я знаю, як безпечно користуватися мікроскопом під час розгляду об’єктів. ✅ Я вмію створювати та використовувати моделі для представлення різних об’єктів досліджень.

Рослинні та тваринні клітини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108106

Розділ 1. Тема 4

Спеціалізовані клітини ● розрізняти деякі спеціалізовані клітини;

Будете навчатися:

Рис. 1.27. Стовпчаста паренхіма

● пояснювати, як окремі клітини пристосувалися до виконання певних функцій. Клітини рослин, які утворюють тканини коренів, не містять хлоропластів. Адже для функціонування хлоропластів необхідне світло, якого під землею немає. Листки рослин містять шар стовпчастих (палісадних) клітин або стовпчастої паренхіми (рис. 1.27). Ці клітини мають багато хлоропластів, які активно фотосинтезують, утворюючи поживні речовини. Клітина пристосовується до виконання певних функцій. Таке пристосування називають адаптацією.

Попрактикуйтеся 1

Поясніть, чому клітини цибулі не містять хлоропластів.

а) Яка функція стовпчастих (палісадних) клітин? б) Як стовпчасті клітини пристосовані до цієї функції?

кореневі волоски велика вакуоля цитоплазма, яка не містить хлоропластів

На кінчику кореня (верхівці) міститься кореневий чохлик, а під ним твірна тканина. Покривна тканина — ризодерма, або епіблема (рис. 1.28) — побудована з клітин, які мають кореневі волоски, останні виступають над поверхнею та схожі на волосся. Кореневі волоски збільшують площу поверхні, якою рослина може поглинати воду, що значно пришвидшує цей процес.

Рис. 1.28. Ризодерма, або епіблема (різновиди покривної тканини)

Попрактикуйтеся 3

Чим клітини, які мають кореневі волоски, відрізняються від клітин листків? Назвіть дві головні відмінності між ними.

Поясніть, як клітина, яка має кореневі волоски, пристосована для виконання своєї функції.

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 1.8. Досліджуємо клітини кореневих волосків Як за допомогою губки змоделювати принцип роботи клітини, яка має кореневі волоски? Вам знадобляться прямокутна губка, лінійка, секундомір, чашка або склянка, плоска тарілка чи лоток з водою. 1. Щоб обчислити площу прямокутника, потрібно його ширину помножити на довжину. Ваша губка має шість граней, кожна з яких є прямокутником. Виміряйте довжину та ширину (в сантиметрах) кожної грані. Площа губки (в сантиметрах квадратних, см2) буде дорівнювати сумі площ усіх його граней. 2. Наповніть лоток або тарілку водою та позначте рівень води. 3. Покладіть губку на 5 секунд однією стороною у воду. 4. Підніміть губку та видавіть з неї всю воду в чашку. 5. Позначте рівень води в чашці. 6. Долийте воду в лоток або в тарілку, щоб рівень води знову був такий, як спочатку (пункт 2). 7. Повторіть пункти 3–5, щоб порівняти, який об’єм води вбирає кожна сторона губки. ● Презентуйте свої результати у вигляді таблиці. ● Яка сторона ввібрала найбільше води за 5 секунд? ● Запишіть усі сторони в певній послідовності, починаючи з тієї, яка ввібрала найменшу кількість води. ● Напишіть висновок до свого експерименту за зразком: чим більша ___ поверхні, тим ___. ● Опираючись на свій висновок, поясніть, чому кореневі волоски з такою великою площею поверхні є надзвичайно важливими для рослини.

Спеціалізовані клітини тварин Спеціалізована клітина — це клітина, яка пристосована до виконання певної функції. До прикладу, стовпчасті (палісадні) клітини та клітини, які мають кореневі волоски, є спеціалізованими. Організми тварин також мають спеціалізовані клітини. Наприклад, м’язові клітини містять спеціальні волокна, які забезпечують скорочення. На рис. 1.29 показані приклади різних спеціалізованих клітин. Спеціалізовані клітини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Клітина: червоне кров’яне тільце, або еритроцит. Функція: перенесення кисню і вуглекислого газу. Адаптація: містить гемоглобін (речовину, яка переносить кисень та вуглекислий газ). Двоввігнута форма еритроцита збільшує площу поверхні, завдяки чому він може швидко поглинати кисень.

ядро

Клітина: клітина війчастого епітелію. Функція: затримує та знешкодшує пил. Адаптація: поверхня вкрита війками, зволоженими особливим секретом.

Клітина: біле кров’яне тільце (лейкоцит). Функції: лейкоцити мають дуже пластичну форму, що дає їм змогу проникати в різні частини тіла. Білі кров’яні клітини допомагають організму уникати захворювань. Вони знаходять та знешкоджують мікроорганізми (наприклад, бактерії та віруси), які проникли в організм.

Нейрон (нервова клітина) передає сигнали від однієї частини тіла до іншої. Ця клітина має досить видовжені відростки, завдяки чому сигнали передаються надзвичайно швидко.

Рис. 1.29. Деякі спеціалізовані клітини тварин

Наука в дії. Стовбурові клітини

Рис. 1.30. Багато науковців та науковиць в Україні та інших країнах працюють над розробленням методів лікування стовбуровими клітинами

Стовбурові клітини — це особливі первинні клітини, з яких можуть формуватися різні спеціалізовані клітини, тканини та органи. Наукове товариство різних країн розробляє способи відновлення пошкоджених тканин і органів за допомогою стовбурових клітин (рис. 1.30). Унаслідок їхнього введення пацієнтам / кам із онкологічними захворюваннями, аутоімунними чи хворобами крові, медичним працівникам / цям вдається долати велику кількість надзвичайно важких патологій.

Значних успіхів у використанні стовбурових клітин досягли й українські науковці та науковиці. В Україні, вперше у світі, за допомогою стовбурових клітин почали лікувати таку хворобу як панкреонекроз (некроз підшлункової залози).

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Окрім цього, українські лікарки та лікарі досягли значних успіхів у лікуванні ішемії ніг, а також травм та опіків. Наразі українські науковці та науковиці працюють над тим, щоб почати використовувати стовбурові клітини для лікування цукрового діабету, цирозу печінки та гепатитів В і С.

Попрактикуйтеся 5 6

7 8

Що означає термін «спеціалізована клітина»? Назвіть хоча б одну спеціалізовану клітину тварин та хоча б одну — рослин. Розгляньте рис. 1.29, на якому представлені деякі спеціалізовані клітини тварин. До прикладу, про еритроцит та клітину війчастого епітелію інформація подана за трьома пунктами: назва клітини, функція та адаптація. Спробуйте за такою ж схемою охарактеризувати лейкоцити та нервові клітини. Поясніть, яка різниця між червоними та білими клітинами крові та чим саме зумовлена відмінність між ними. Скориставшись додатковими джерелами, підготуйте інформацію про перші спроби використання стовбурових клітин для лікування людей.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Спеціалізовані клітини пристосовані до виконання певної функції. ✎ До спеціалізованих клітин рослин належать палісадні клітини (стовпчаста паренхіма) та клітини кореневих волосків. ✎ До спеціалізованих клітин тварин належать нейрони, еритроцити (червоні клітини крові) та м’язові клітини.

Адаптація, клітини палісадної (стовпчастої) тканини, площа поверхні, об’єм, гемоглобін, спеціалізована клітина.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу обчислити площу прямокутника. ✅ Я вмію використовувати докази, тобто робити висновки на основі результатів дослідження. ✅ Я можу подати інформацію у вигляді таблиці. ✅ Я можу оцінювати призначення спеціалізованих клітин.

Спеціалізовані клітини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Органела, яка керує всіма процесами, що відбуваються у клітині: А

мітохондрія;

ядро;

Г хлоропласт.

цитоплазма;

2. Однією з функцій скелетно-м’язової системи є захист окремих частин тіла. Назвіть дві інші функції скелетно-м’язової системи.

жирова тканина

м’язова тканина

Рис. 1.31.

3. Це схематичне зображення одного з органів людини (рис. 1.31). а) Як називається цей орган? б) Чому ми кажемо, що це орган? в) Яку назву та функцію має система органів, до якої він належить? г) Назвіть подібні та відмінні риси між цією системою органів та системою транспорту речовин у рослинах. ґ) Яких органел у м’язових клітинах має бути більше, ніж у жирових, і чому? 4. Це зображення спеціалізованої клітини, яка називається нейроном (рис. 1.32).

ядро Рис. 1.32. Нейрон

а) Поясніть, як ця клітина пристосована до виконання своєї функції. б) Який процес життєдіяльності забезпечує цю клітину енергією?

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 5. Дихальна система забезпечує кров киснем. а) Для забезпечення яких процесів життєдіяльності необхідний кисень? б) Які клітини крові забезпечують транспорт кисню в організмі? в) Яке обладнання необхідне, щоб детально розглянути ці клітини?

Особливості організації живого © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

6. Побудуйте в зошиті таблицю та заповніть її. Поставте позначки ( ) у відповідних комірках, відмітивши наявність інших частин у клітині тварини та клітині рослини.

✅

Частина клітини Клітинна мембрана Клітинна стінка

Клітина тварини

✅

Клітина рослини

✅

Хлоропласт Цитоплазма Вакуоля Мітохондрія Ядро

7. Дайте відповіді на запитання. а) У листках рослин є багато палісадних (стовпчастих) клітин. Яку тканину вони утворюють? б) Як саме стовпчасті клітини пристосовані до виконання своєї функції? в) Які процеси життєдіяльності забезпечують листки рослин?

ІІІ. Проводжу дослідження природи 8. Під час експерименту дріжджові клітини вирощували в пробірках з розчином цукру. Згодом у пробірках утворився газ. Після додавання до нього вапняної води суміш забарвлювалась у молочний колір. а) Який газ утворився під час експерименту? Обґрунтуйте свою відповідь. б) Унаслідок якого процесу утворюється цей газ? Кількість хлоропластів

10. Опишіть і поясніть основні правила безпечної поведінки, яких необхідно дотримуватися під час роботи з мікроскопом.

у різних клітинах рослин

40 Кількість хлоропластів

9. Науковиця з’ясувала, яка кількість хлоро пластів є в різних клітинах рослин. Результати дослідження подані на рис. 1.33. а) Яка кількість хлоропластів була в клітинах типу А? б) До якого із зазначених типів належать клітини кореня? Обґрунтуйте. в) Які клітини листка належать до типу B?

30 20 10 0

B C Тип клітин

Рис. 1.33. Стовпчаста діаграма кількості хлоропластів у різних клітинах рослин

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Мікроорганізми

Розділ

Йогурт винайшли приблизно 7000 років тому на території сучасних Ірану, Іраку та Сирії. На цій фотографії можна побачити бактерії, які спричиняють утворення йогурту з молока, якщо їх збільшити приблизно у 21 000 разів. Фото зроблене за допомогою дуже потужного електронного мікроскопа. Таких крихітних організмів (мікроорганізмів) у йогурті — мільярди.

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● характеристики грибів, бактерій та вірусів як мікроорганізмів; ● значення та функції мікроорганізмів; ● досягнення французького науковця Луї Пастера. У цьому розділі ви навчитеся: ● обирати джерела достовірної інформації; ● обирати обладнання для проведення дослідження та користуватися ними, дотримуючись правил безпечної поведінки; ● визначати реальні розміри мікроорганізмів за їх зображенням, отриманим за допомогою мікроскопа; rnk.com.ua/108107

● опрацьовувати дані таблиць.

rnk.com.ua/108108

Розділ 2. Тема 1

Групи мікроорганізмів Будете навчатися:

● розуміти, хто такі мікроорганізми; ● розрізняти групи мікроорганізмів; ● перевіряти достовірність інформації, отриманої з додаткових джерел.

Деякі живі істоти настільки крихітні, що їх можна побачити лише під мікроскопом. Це мікроорганізми (або мікроби), які перебувають одночасно на двох рівнях організації: клітинному та організмовому. Префікс «мікро» означає, що вони дуже маленькі, з розмірами клітин — 0,5–5 мкм (мікрометр — це тисячна частинка міліметра). Тварини та рослини (крім одноклітинних) складаються з дуже великої кількості клітин (структурних одиниць, з яких сформовані усі живі істоти). Мікроорганізми зазвичай складаються лише з однієї клітини. Тому ми називаємо їх одноклітинними організмами.

Завдання 2.1. Робота з інформацією Які є групи мікроорганізмів? Щоб знайти відповідь на це запитання, використайте різні джерела інформації. Вимоги до джерела інформації включають наявність необхідної інформації та її достовірність, тому важливо перевірити: а) чи вказано автора / авторку інформації; б) чи є дата публікації (щоб інформація не була застарілою); в) чи базується інформація на фактах; г) чи є джерела даних у тексті, на які можна посилатися. Як правило, більш достовірною є інформація з державних, освітніх або наукових ресурсів, яка підтверджується кількома іншими надійними джерелами. 1. Використовуючи додаткові джерела інформації, знайдіть: а) назви різних груп мікроорганізмів; б) приклад представника кожної групи; в) приклад того, чим мікроорганізми можуть бути корисні; г) приклад негативного впливу мікроорганізмів. 2. Презентуйте результати дослідження у вигляді таблиці. У ній вкажіть джерела достовірної і недостовірної інформації. Групи мікроорганізмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 1 2

Яке обладнання необхідне для дослідження мікроорганізмів? Як ще можна назвати «мікроорганізми»?

Гриби

Рис. 2.1. Коли пліснява лише починає рости, її не видно. У процесі росту кількість клітин у ній збільшується

Багато грибів, зокрема й цвілеві (пліснява) розмножуються за допомогою спор. Це окремі клітини, створені грибом. Спори дуже легкі, тому легко поширюються в повітрі. Коли вони потрапляють на джерело поживних речовин, з них утворюються нові цвілеві гриби. Найкраще гриби ростуть у вологих та теплих місцях (рис. 2.1). Існують гриби ще менші ніж пліснява, оскільки складаються лише з однієї клітини. Ці одноклітинні гриби називаються дріжджами. Клітини дріжджів мають кулясту або овальну форму (рис. 2.2).

Попрактикуйтеся 3

Рис. 2.2. Клітини дріжджів, збільшені в 3000 разів. «У 3000 разів» можна скорочено записати х 3000

а) Чим живиться пліснява, яку ми бачимо на рис. 2.1? б) Опишіть, як пліснява з’явилася на цій буханці хліба. а) До якої групи організмів належить пліснява? б) За яких умов пліснява буде рости та поширюватися ще швидше? У чому основна відмінність між грибами та рослинами?

Завдання 2.2. Дослідження плісняви 1. Напишіть план дослідження клітин плісняви. План повинен містити: а) перелік необхідного обладнання; б) інструкції щодо використання обладнання.

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

2. Розгляньте під мікроскопом зразок клітин плісняви та намалюйте побачене. Клітина гриба має цитоплазму, ядро та клітинну мембрану. Також вона має клітинну стінку, але, на відміну від рослинних клітин, не має хлоропластів, а вакуолі дрібні.

Бактерії На великому фото на початку розділу 2 зображені бактерії. На рис. 2.3 ви бачите інші бактерії. Бактерії складаються лише з однієї клітини, хоча під час розмноження нові клітини можуть на деякий час прилипати одна до одної. Бактерії — це окрема група організмів (вони не є ні тваринами, ні рослинами, ні грибами).

Рис. 2.3. Клітини бактерій, збільшення х 6000

Попрактикуйтеся 6 7

Під рис. 2.3 є напис «збільшення х 6000». Що він означає? Які організми, на вашу думку, мають менші розміри: бактерії чи дріжджі? Обґрунтуйте свою відповідь.

Наука в дії. Винахід антибіотиків У 1928 році науковець Александер Флемінг вирощував бактерії на гелеподібному поживному середовищі. Спора плісняви потрапила на поживне середовище в одній із його посудин і почала рости (рис. 2.4). Флемінг помітив, що бактерії не ростуть поруч з пліснявою. Він висунув гіпотезу, що пліснява виділяє речовину, яка вбиває бактерії. Флемінг винайшов перший у світі антибіотик (лікарський засіб, що використовується для знищення бактерій, які спричиняють хвороби). Антибіотики врятували сотні мільйонів життів.

Рис. 2.4. Посудина Флемінга

Групи мікроорганізмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Віруси

Рис. 2.5. Частинки вірусу, збільшені в 30 000 разів

Віруси — це інфекційні агенти, неклітинні форми життя, що є крихітними частинками, які потрапляють у живі клітини інших організмів (рис. 2.5). Частинка вірусу змушує клітину створювати копії вірусу. Вірус повинен потрапити в живу клітину для копіювання себе.

Попрактикуйтеся 8 9

Що, на вашу думку, менше: бактерії чи віруси? Поясніть свої міркування. а) Зображення мікроорганізмів у цій темі зроблені не за допомогою світлового мікроскопа. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та з’ясуйте, який саме мікроскоп було використано. б) Чому використовувався саме цей мікроскоп, а не світловий? Проаналізуйте, чи є кореляція між показниками захворюваності на ГРВІ у певний період часу та середньою температурою і густиною населення у регіонах України у січні-лютому 2025 року. 1) Виберіть 5 областей (включно із областю, де ви мешкаєте). 2) Внесіть у таблицю показники середньої температури лютого. 3) Відшукайте середню густоту населення обраних областей. 4) Внесіть інформацію про рівень захворюваності в обраних регіонах у лютому 2025 року (дані можна знайти на сайті МОЗ). 5) Проаналізуйте, чи впливає температура та густота населення на поширення ГРВІ. Як це пов’язано з особливостями життєдіяльності мікроорганізмів?

Зв’язки в науці На уроках математики ви вивчали поняття масштабу. Масштаб у мікроскопі визначається здатністю мікроскопа розділяти деталі та збільшувати зображення об’єктів, які не можна побачити за допомогою звичайного ока. Збільшення мікроскопа можна розрахувати, якщо знайти частку від ділення розміру зображення на реальний розмір об’єкта. За допомогою лінійки виміряйте ширину однієї з клітин дріжджів на рис. 2.2. Скористайтеся збільшенням, щоб визначити розмір клітини в натуральну величину. Визначте реальний розмір бактерії на рис. 2.3.

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Наука в дії. Використання хлору Лихоманка Ебола — це інфекційне захворювання, викликане вірусом, яке вражає людей та тварин, наприклад, горил. За останнє десятиліття це захворювання вбило десятки тисяч людей та тисячі горил. Лихоманка Ебола може швидко поширюватися і викликати епідемію. Щоб запобігти цьому, люди, які доглядають хворих на Еболу, носять захисні костюми і дезінфікують їх розчином хлору (рис. 2.6). Хлор знищує віруси, запобігаючи їх передачі іншій людині. Не існує ліків від Еболи, її неможливо вилікувати антибіотиками, оскільки цю хворобу викликає вірус.

Підсумки

Рис. 2.6. Розчин хлору може знищити вірус Ебола

Ключові поняття

✎ Мікроорганізми — це живі істоти. Для того, щоб їх побачити, потрібен мікроскоп. ✎ Більшість мікроорганізмів складається лише з однієї клітини. ✎ До трьох основних груп мікроорганізмів належать віруси, бактерії та деякі гриби (так звані дріжджі).

Клітина, оцінювати, збільшувати, мікроб, мікроорганізм, мікроскоп, одноклітинний, гриб, пліснява, спора, дріжджі, бактерія, вірус.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу знаходити, оцінювати, порівнювати та використовувати інформацію з різних джерел. ✅ Я можу підбирати обладнання для роботи і користуватися ним, дотримуючись правил безпечної поведінки, проводити ретельні спостереження та вимірювання. ✅ Я можу навести приклади мікроорганізмів.

Групи мікроорганізмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108109

Розділ 2. Тема 2

Мікроорганізми, розкладання і трофічні ланцюги Будете навчатися:

● розуміти значення мікроорганізмів як редуцентів; ● будувати та пояснювати трофічні ланцюги та мережі за участі редуцентів; ● визначати загальні етапи наукових досліджень.

Рис. 2.7. Пробірки з супом

Мікроорганізми вперше побачив голландський науковець Антоні ван Левенгук у 1674 році. Довгий час багато науковців та науковиць вважали, що мікроорганізми були створені речовинами, в яких вони були знайдені. Наприклад, деякі науковці та науковиці вважали, що хліб утворює плісняву. Ця ідея називалася самозародженням. Луї Пастер — французький науковець XIX ст., який замислився над тим, чому свіжий, прозорий суп через деякий час каламутніє і починає погано пахнути. Пастер використовував мікроскоп, щоб досліджувати рідкі харчові продукти. Він виявив, що каламутний, несвіжий суп містить багато мікроорганізмів, яких не було у свіжому супі, тому зробив припущення, що мікроорганізми з повітря потрапили в суп. Розмножуючись, вони спровокували псування супу. Після цього Пастер розпочав перевірку свого припущення.

Попрактикуйтеся 1

За допомогою даних, наведених на рис. 2.7, скажіть, який із супів зіпсувався.

Опишіть дві ідеї XIX століття, які пояснюють, чому псуються харчові продукти.

Науковий метод Науковий метод — це низка етапів, які науковці та науковиці використовують у своїх дослідженнях. Вони формулюють наукові питання та розмірковують над ідеями, що допоможуть відповісти на них. Ці ідеї називаються гіпотезами.

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

У науці всі гіпотези повинні бути такими, що «піддаються перевірці», а це означає, що має бути можливість проведення експериментів, щоб з’ясувати, правильні гіпотези чи ні. Науковці та науковиці планують експерименти, щоб перевірити свої гіпотези. Перш ніж виконати експеримент, науковець / науковиця скаже, що відбудеться під час експерименту, якщо гіпотеза буде правильною. Це називається передбаченням або припущенням. Науковці та науковиці використовують результати своїх експериментів як докази, щоб зробити висновки. Висновок — це рішення про те, чи збігаються результати експерименту з передбаченнями і таким чином підтверджують гіпотезу, або ж вони показують, що гіпотеза хибна. Наукове питання — це питання, на яке можна відповісти за допомогою експерименту. Пастер запитав: чому псується суп, якщо його залишити на відкритому повітрі? Його гіпотеза полягала в тому, що мікроорганізми з повітря потрапляють у суп, а потім ростуть і розмножуються. Він запланував експеримент з бульйоном у скляних посудинах.

1. Науковці та науковиці формулюють наукове питання і придумують гіпотезу, щоб відповісти на нього.

2. Вони планують експеримент, щоб перевірити гіпотезу.

4. Вони пояснюють прогноз.

Мікроорганізми в повітрі застрягнуть у S-подібній трубці.

3. Вони роблять прогноз.

Я використаю суп, який буду варити в посудинах двох різних форм.

Чому суп псується? Думаю через те, що в нього потрапляють мікроорганізми з повітря.

5. Вони збирають результати і аналізують їх.

Рис. 2.8. Зображення однієї з оригінальних S-подібних колб Пастера

Якщо я покладу суп в посудину з S-подібною трубкою, він не помутніє.

6. Нарешті, науковці та науковиці використовують докази, щоб зробити висновок.

Ха-ха! Я був правий!

Мої докази показують, що мікроорганізми з повітря спричиняють псування їжі. Такий мій висновок.

Рис. 2.9. Експеримент Пастера демонструє етапи наукового дослідження

Мікроорганізми, розкладання і трофічні ланцюги © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Деякі посудини були відкриті зверху. Верхівки інших посудин мали S-подібну трубку. Пастер кип’ятив рідкі харчові продукти в посудинах, а потім залишав їх на деякий час. Науковець передбачав, що каламутним буде лише суп у відкритій посудині. На рис. 2.8 показано одну з оригінальних колб Пастера. Докази — це інформація, яка допомагає визначити, чи правильна гіпотеза. Пастер зробив висновок, що докази підтверджують його гіпотезу — мікроорганізми з повітря спричиняють псування харчових продуктів (рис. 2.9).

Попрактикуйтеся 3 4 5

Поясніть, чому питання: «Пофарбуємо клас у синій колір?» не є науковим. Опишіть докази Пастера. Вкажіть, що з наступних речень є науковим питанням, гіпотезою, яку можна перевірити, прогнозом чи доказом. а) Якщо я додам більше добрив рослинам, вони стануть вищими. б) Рослини, які отримали добриво, стали вищими за інші. в) Чи стануть рослини вищими, якщо внести добрива? г) Висота рослин залежить від внесення добрив.

Завдання 2.3. Дослідження Джозефа Лістера Як Джозеф Лістер використав ідеї Пастера для розвитку сучасної хірургії? Джозеф Лістер — шотландський хірург, який знайшов спосіб зупинити інфікування організму після операцій. 1. Скористайтеся додатковими джерелами інформації, щоб: а) припустити, яке наукове питання поставив Лістер; б) дізнатися, як він перевіряв свою ідею; в) припустити, яке передбачення він зробив; г) знайти докази, які науковець використав для того, щоб зробити висновок. 2. Використайте не більше, ніж 200 слів. Вкажіть свої джерела інформації. 3. Запишіть одне джерело інформації, яким ви вирішили не користуватися і поясніть чому.

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Гниття Зіпсовані рідкі харчові продукти, які досліджував Пастер, розкладалися. Під час гниття або розкладання речовини розпадаються на менші частинки. Редуценти — це мікроорганізми або багатоклітинні організми, які спричинюють розкладання відмерлих решток (рис. 2.10). Бактерії та деякі гриби — це редуценти. Гниття є важливим для екосистем, адже розпад вивільняє корисні речовини з мертвих решток і відходів для використання іншими організмами.

Рис. 2.10. Редуценти, що розкладають тваринний послід

Попрактикуйтеся 6 7

а) Яку роль відіграють редуценти у відновленні лісу після пожежі? б) Поясніть, чому редуценти мають важливе значення. Науковиця взяла чотири ємності, кожна з яких містила по 100 г решток рослин. Вона додала у кожну ємність редуценти і помістила їх за різних температур на 30 днів. У таблиці наведено результати дослідження. а) Запропонуйте гіпотезу, яку перевіряла науковиця. Вам можуть допомогти слова «залежить від». б) Зробіть висновок, спираючись на дані в таблиці.

Температура Маса матеріалу (°C) через 30 днів (г) 5

Трофічні ланцюги Трофічний ланцюг або харчовий ланцюг / ланцюг живлення використовується для відображення взаємозв’язків у середовищі існування. Трофічні ланцюги складаються з продуцентів (виробників), консументів (споживачів) та редуцентів (руйнівників). Продуценти — це організми, які створюють органічні речовини з води, вуглекислого газу й мінеральних солей, використовуючи для цього сонячну енергію. Рослини є прикладом продуцентів, оскільки вони створюють органічні речовини, використовуючи енергію Сонця, воду та вуглекислий газ. Мікроорганізми, розкладання і трофічні ланцюги © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Консументи (споживачі) — це тварини, які поїдають продуцентів або інших консументів. Тому за способом живлення вони можуть бути травоїдними, всеїдними, м’ясоїдними, хижаками та / або здобиччю. Травоїдні — це тварини, які харчуються лише рослинами. Вони є консументами першого порядку (споживачами). Консументи другого порядку — це тварини, які поїдають консументів першого порядку і завжди є м’ясоїдними. Хижаки — це тварини, які поїдають інших тварин. Консументи третього порядку — це тварини, які поїдають консументів другого порядку. Всеїдні тварини — це тварини, які можуть живитися як рослинами, так і іншими тваринами. Тварини-жертви — це ті, на яких полюють і яких поїдають інші тварини.

Трофічні мережі Харчова (трофічна) мережа — харчові відносини груп організмів в угрупованні, де всі живі істоти є об’єктами живлення інших. Наприклад, на рис. 2.11 показано трофічну мережу степової пасовищної екосистеми. Консументи третього порядку (споживачі) Консументи другого порядку (споживачі)

яструб малий

ящірка прудка

гадюка степова

Консументи першого порядку (споживачі)

миша польова

заєць русак

коник зелений

пирій повзучий

бедринець ломикаменевий

Продуценти тимофіївка степова

конюшина лучна

Рис. 2.11. Трофічна мережа степової пасовищної екосистеми

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Потік енергії Продуценти перетворюють енергію сонячного світла в енергію хімічних зв’язків у речовинах. Коли консумент першого порядку поїдає рослину, він отримує всі речовини, що містяться в рослині. Деякі речовини він використовує в процесі дихання, щоб вивільнити енергію для інших життєвих процесів. Частина енергії також запасається в організмі тварини у вигляді вуглеводів або жирів — це її запас енергії. Коли консумент другого порядку поїдає консумента першого порядку, енергія, накопичена в речовинах у його тілі, переходить до консумента другого порядку. Цей потік енергії продовжується до вершини ланцюга. Отримання поживних речовин є необхідною умовою життя, їх перетворення і використання забезпечує функціонування живих організмів. Цей процес — отримання і використання поживних речовин — можна назвати «постачанням енергії».

Попрактикуйтеся 8

Проаналізуйте харчову сітку, зображену на рис. 2.11, виконайте наступні завдання: а) визначте організми, які є хижаками; б) назвіть організми, які є джерелом їжі для найбільшої кількості інших організмів у цій трофічній мережі. а) Опишіть, як передається енергія в трофічному ланцюзі від продуцента до консумента третього порядку. б) Поясніть, чому кількість енергії, передана консументові третього порядку, не дорівнює кількості енергії, виробленої продуцентом.

Редуценти Не вся енергія, накопичена продуцентами, досягає консументів першого порядку, і не вся енергія, накопичена консументами першого порядку, досягає консументів другого порядку. Це пов’язано з тим, що організми витрачають велику кількість енергії для забезпечення руху, дихання, росту та інших процесів життєдіяльності. Рис. 2.12. Ці опалі яблука не були з’їдені консументом першого порядку. Вони розкладаються Мікроорганізми, розкладання і трофічні ланцюги © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Не вся енергія залишається в ланцюзі живлення. Частина поживних речовин виходить із нього — наприклад, із продуктами життєдіяльності, випорожненнями, або коли рослини й тварини помирають та розкладаються природним шляхом, а не стають здобиччю (рис. 2.12). Редуценти (бактерії та деякі гриби) живляться відмерлими рештками і розщеплюють їх на прості речовини. Процес розкладання сприяє очищенню літосфери / поверхні Землі від відходів життєдіяльності тварин і мертвих організмів. Він також вивільняє різноманітні речовини, зокрема мінеральні солі, назад у поверхню Землі. Багато з цих мінеральних солей (наприклад, нітрати і фосфати) є життєво важливими для здорового росту рослин. На рис. 2.13 показано, наскільки важливе значення мають редуценти в трофічних ланцюгах. У цьому ланцюзі енергія передається від листя до гусені, до змій, а потім до сов, які поїдають змій. Частина енергії від цих організмів потрапляє до редуцентів. Редуценти «прибирають» організми, які відмирають, та їхні відходи. Але, вони не передають енергію рослинам, рослини отримують енергію від Сонця.

гусінь

змія

сова

редуценти (гриби (окрім паразитичних) та мікроорганізми)

рослина

Рис. 2.13. Включення редуцентів до трофічного ланцюга утворює трофічну мережу

Попрактикуйтеся 10

Яке значення мають редуценти в трофічних ланцюгах?

Використовуючи рис. 2.13, намалюйте трофічний ланцюг, який включає змій та гриби.

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 12

а) Скористайтеся додатковими джерелами інформації та намалюйте трофічний ланцюг, що включає консумента ІІІ порядку в екосистемі вашої місцевості. б) Додайте до вашого трофічного ланцюга, консументів, продуцентів та редуцентів (для створення трофічної мережі). Оберіть природну зону України, у якій ви живете (ліс, степ, Карпати, Полісся, тощо). Складіть трофічний ланцюг із організмів, які мешкають у цьому регіоні (для цього скористайтеся довідковими джерелами), можете вибрати організми із завдання 11–12. Проаналізуйте ареал поширення обраних організмів та оптимальні умови, за яких вони існують.

Наука в дії. Збереження харчових продуктів Для виживання мікроорганізмам потрібна вода. Тисячоліттями люди сушили їжу, щоб вона не псувалася. Традиційні способи консервування їжі включають додавання великої кількості солі або цукру, а також замочування харчових продуктів в оцті. Всі ці методи вбивають мікроорганізми. Нині ми використовуємо холодильники та морозильні камери для того, щоб зберігати їжу за низьких температур. Холод зупиняє швидкий ріст мікроорганізмів.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Деякі мікроорганізми (наприклад, деякі бактерії та гриби) є редуцентами. ✎ Редуценти розкладають мертві організми та відходи тваринного походження, вивільняючи різноманітні речовини, зокрема мінеральні солі, назад у поверхню Землі. ✎ На прикладі трофічних ланцюгів та трофічних мереж можна побачити, як енергія передається від одного організму до іншого в середовищі існування. ✎ Редуценти є частиною всіх трофічних ланцюгів і мереж.

Луї Пастер, науковий метод, висновок, докази, гіпотеза, прогноз (передбачення), наукове питання, гниття, трофічний ланцюг, трофічна мережа, редуцент, продуцент, консумент.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу формулювати наукові питання, гіпотези та прогнози, які можна перевірити. ✅ Я можу визначити докази, які використовуються для формулювання висновків. ✅ Я можу пригадати різні етапи наукових досліджень.

Мікроорганізми, розкладання і трофічні ланцюги © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Гриби відрізняються від рослин тим, що вони не можуть: А

виживати в повітрі;

виробляти власну їжу;

рости в ґрунті;

бути з’їденими.

2. Гіпотеза — це: А

припущення, що, на вашу думку, станеться в експерименті; Б використання даних експерименту для ухвалення рішення; В інша назва наукового питання; Г

ідея про те, як або чому щось відбувається.

3. Перший організм у трофічному ланцюзі забезпечує енергією всі інші організми в ланцюзі. Ця група організмів називається: А

цвілевий гриб;

травоїдна тварина;

Г водорість.

тварина-хижак;

4. Рослини створюють багату на енергію речовину під назвою глюкоза. Назвіть цей процес. Наведіть один зі способів використання рослинами створеної ними глюкози. Поясніть, чому в трофічному ланцюзі зазвичай менше консументів другого порядку, ніж консументів першого порядку.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 5. Вкажіть, чим є кожне з наведених нижче речень: передбачення, наукове питання, доказ або висновок. А

Чи будуть дріжджові клітини розмножуватися швидше, якщо додати більше цукру?

У воді з більшою кількістю цукру було знайдено більше дріжджових клітин.

Якщо я додам у воду більше цукру, то дріжджі будуть розмножуватися швидше.

Збільшення кількості цукру стимулює дріжджові клітини швидше розмножуватися.

Мікроорганізми © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

6. Розгляньте клітину дріжджів, зображену на рис. 2.14. а) Як називаються складові W, X і Y? б) Назвіть спільну ознаку дріжджової клітини з рослинною. в) Визначте реальний розмір клітини дріжджів. г) Які органели містяться в деяких рослинних клітинах, але відсутні в клітинах дріжджів? 7. Намалюйте наступний трофічний ланцюг, підпишіть його. Водяні блохи живляться водоростями (дрібними зеленими продуцентами) у воді. Маленькі рибки-колючки поїдають водяних бліх, а їх поїдає велика риба щука.

клітинна стінка W

X Y

Рис. 2.14. Дріжджові клітини (збільшення × 4 000)

8. Гній — це відмерлі відходи тваринного походження, змішані з частинками відмерлих рослин. Поясніть, чо му гній покращує ріст сільськогосподарських культур.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 9. Сплануйте і виконайте дослідження впливу температури на ріст плісняви на хлібі. Перевірте гіпотезу про те, що швидкість росту плісняви залежить від температури. 10. Дріжджі сприяють тому, що тісто для хліба «піднімається». Учень приготував шість партій тіста для хліба й залишив кожну з них за різної температури на 30 хвилин. Потім він виміряв збільшення висоти кожного зразка тіста. У таблиці наведено результати. а) До якої групи мікроорганізмів належать дріжджі? б) Поясніть, чому висота тіста збільшилася. в) Скажіть, яку гіпотезу досліджував учень, використавши словосполучення «залежить від». г) Зробіть висновок, використовуючи дані в таблиці. Температура (°C)

Збільшення висоти через 30 хв (мм)

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

3 Розділ

Класифікація живих організмів Організми розподіляють на групи на основі їхньої схожості та відмінностей. Деякі організми важко класифікувати. На фото зображений качкодзьоб, який має дзьоб і відкладає яйця, як птах, але має хутро, як у ссавців. У XVIII столітті, коли люди з Європи вперше побачили цих австралійських істот, то подумали, що вони несправжні. Зараз їх класифікують як ссавців.

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● про види організмів; ● як класифікувати організми на різні групи; ● чому віруси важко віднести до живих істот; ● як використовувати та складати ключі для класи фікації організмів. У цьому розділі ви навчитеся: ● проводити наукові спостереження; ● використовувати джерела інформації для класи фікації організмів; ● розподіляти об’єкти на групи. rnk.com.ua/108110

rnk.com.ua/108111

Розділ 3. Тема 1

Класифікація організмів за характерними ознаками Будете навчатися:

● класифікувати живі організми на групи за їхніми характерними ознаками; ● використовувати джерела інформації для класифікації орга нізмів за їхніми характерними ознаками; ● описувати різні види організмів.

Різноманітність характерних ознак Науковці та науковиці об’єднують організми в групи за спільними ознаками. Це називається класифікацією. Організми одного виду мають характерні спільні ознаки, за якими їх об’єднують до таксономічної одиниці — вид. У ссавців — вигодовування дитинчат молоком, шерсть — це характерні ознаки класу (рис. 3.1). Варіації — це відмінності між особинами одного виду, які не змінюють належності до виду. До прикладу, колір очей у людей, довжина хвоста в тигрів — це варіації.

Рис. 3.1. У тигра смугасте забарвлення, велике м’язисте тіло, 4 кінцівки (лапи) — характерні ознаки виду

Попрактикуйтеся 1

Скориставшись додатковими джерелами інформації, складіть графіку «Характерні ознаки тварин / рослин / грибів».

Порівняйте тигра, леопарда та домашню кішку. Які з ознак характерні для всіх котячих, а які — лише для певного виду?

Опишіть варіації двох ознак, які є спільними для тигрів і людей.

Групи організмів За сучасною систематикою найбільшими групами організмів є домени. У складі домену еукаріоти є рослини, тварини і гриби. У таблиці наведено ознаки, за якими класифікують організми. Деякі з цих ознак містяться в клітинах. Пригадайте, що таке клітина, яка її будова. Класифікація організмів за характерними ознаками © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

ПРОКАРІОТИ

ЕУКАРІОТИ

Бактерії

Рослини

Тварини

Гриби

● одноклітинні ● клітинна стінка з муреїну ● лише немембранні органели ● не мають ядра — лише ділянку цитоплазми із молекулою ДНК (нуклеоїд)

● клітинна стінка з целюлози ● мають пластиди ● одно-, багатоклітинні, колоніальні ● переважно прикріплений спосіб життя

● клітини не мають клітинної стінки ● відсутні пластиди ● переважно рухливий спосіб життя ● одно- та багатоклітинні

● клітинна стінка з хітину ● не мають пластидів ● прикріплений спосіб життя ● одно- та багатоклітинні

Клітина рослини

Клітина тварини

Попрактикуйтеся 4

До якої групи організмів належать перелічені організми? а) кішка, б) сосна, в) лев, г) трава, ґ) слон.

Назвіть одну ознаку, яка є однаковою в рослин і тварин. Є й інші групи живих організмів (інколи їх називають царствами, проте сучасні науковці та науковиці відходять від використання такої категорії). До царства грибів належать гриби та дріжджі. Ще одна група, що називається домен (надцарство) прокаріоти, включає бактерії. Усі бактерії складаються лише з однієї клітини, яка не має частинок, що називаються ядрами. Натомість, вони містять структуру, що має назву «нуклеоїд». Клітини організмів усіх інших груп мають ядра.

Попрактикуйтеся 6

Гриби можуть рости на мертвих середовищах, з яких вони живляться. Люди іноді думають, що гриби належать до рослин. Поясніть, чому гриби утворюють власну групу організмів, а не належать до рослинних. а) Дріжджі — це одноклітинні гриби. Як можна визначити, чи належить клітина до дріжджів або до бактерій? б) Яке обладнання необхідне для дослідження цих клітин? Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Хребетні та безхребетні тварини Тваринні організми можна розділити на дві групи: хребетні та безхребетні. До безхребетних тварин належать, наприклад, членистоногі, молюски тощо. Характерні ознаки найпоширеніших груп хребетних тварин показані на рис. 3.2.

Хребетні тварини Риби • мають слизьку луску • відкладають у воду ікру, вкриту желеподібною оболонкою

Безхребетні тварини

Тваринні організми

Земноводні • мають тонку, вологу шкіру • відкладають у воду яйця, вкриті желеподібною оболонкою

Рептилії • мають суху луску • відкладають яйця зі шкірястою шкаралупою

Птахи • мають пір'я • мають дзьоб • відкладають яйця з твердою шкаралупою

Ссавці • мають хутро • притаманне живонародження • мають молочні залози та вигодовують дитинчат молоком

Рис. 3.2. Найпоширеніші групи хребетних тварин

Карл Лінней У XVIII столітті шведський науковець Карл Лінней (1707–1778) розробив систему поділу живих істот на менші групи на основі відмінностей в їхніх характерних ознаках (рис. 3.3). Певні напрацювання з систематики Ліннея використовують і сьогодні. У цій системі найменша група називається видом. Кожному виду дається наукова назва, що в міжнародній системі класифікації складається із двох латинських слів. Проте в українському перекладі кількість слів може бути іншою, наприклад — 3. Це дозволяє науковцям і науковицям однозначно ідентифікувати різні види організмів та вивчати їхні характеристики і взаємозв’язки. Рис. 3.3. У класифікації Ліннея використовується система все менших і менших груп. Найбільшою групою є надцарство (домен). Найменшою групою є вид. У царстві можуть бути мільйони різних видів Класифікація організмів за характерними ознаками © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

надцарство царство тип або відділ клас ряд або порядок родина рід вид

Завдання 3.1. Робота з джерелами під час досліджень Під час проведення досліджень вам потрібно використовувати покажчики в довідниках, щоб знайти потрібний матеріал. Якщо ви користуєтеся мережею Інтернет, потрібно вживати відповідні пошукові терміни. Наприклад, для цього завдання ви можете спробувати ввести такий пошуковий термін як «Карл Лінней». Вам необхідно записати інформацію про джерела (назва книги, автор, дата публікації, видавництво) або веб-сторінки, щоб інші люди могли перевірити вашу роботу і щоб ви могли знову знайти джерела, якщо вам знадобиться додаткова інформація. Ви повинні переконатися, що відповідаєте на запитання, і не просто копіюєте й вставляєте інформацію, а подаєте її своїми словами. Не додавайте інформацію, яка не має нічого спільного з дослідженням, яке вам необхідно виконати. Скористайтеся додатковими джерелами інформації, щоб дослідити діяльність Карла Ліннея. а) Які галузі науки він вивчав протягом своєї кар’єри? б) Як ви думаєте, чому він зацікавився класифікацією організмів?

бабуся

мати (нащадок бабусі)

дочка (нащадок матері) Рис. 3.4. Леви мають потомство, яке потім теж має потомство

Види Організми одного виду мають спільні характерні ознаки, тоді як між представниками різних видів існують істотні відмінності. Представники одного виду можуть схрещуватися між собою та розмножуватися. Їхнє потомство росте, а потім теж може розмножуватися. Можна сказати, що потомство є плодючим. Отже, вид — це група дуже схожих організмів, які можуть розмножуватися і давати плодюче потомство. Організми, що належать до двох різних видів, зазвичай не здатні до розмноження, але навіть якщо це станеться, як правило, їхнє потомство буде безплідним. Потомство, отримане від представників двох різних видів, називається гібридами.

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 8

а) Назвіть види тварин, зображених на рис. 3.1 і 3.4. б) Опишіть варіації двох характеристик цих видів. Коні та віслюки можуть схрещуватися. Їхнє потомство називають мулами (рис. 3.5). а) Чому мул є гібридом? б) Що відрізняє мула від його батьків з погляду здатності до розмноження?

Рис. 3.5. Коли такі віслюки схрещуються з кіньми, їхнє потомство називається мулами

Запропонуйте характерну ознаку лігра на рис. 3.6, яка походить від його: а) батька; б) матері. Поміркуйте, чому ми частіше зустрічаємо лігрів у зоопарках (а не в дикій природі).

Рис. 3.6. Лігр — це гібрид. Його батьками є самець лева і самка тигра

Завдання 3.2. Класифікація рідкісних видів Які рідкісні види живуть в Україні? 1. У Червоній книзі України та додаткових джерелах інформації знайдіть назви десяти рідкісних видів у вашій місцевості. Схарактеризуйте принаймні одну рослину і одну тварину. 2. Подайте інформацію у вигляді таблиці, в якій зазначте назву кожного виду та його класифікацію. Використайте наукові назви видів українською мовою та, за бажанням, латиною.

Віруси Вірус існує у вигляді частинки, як показано на рис. 3.7. Вірус може розмножуватися, але тільки якщо він потрапляє всередину живої клітини. Ця клітина називається клітиною-хазяїном. Коли вірус потрапляє до клітини-хазяїна, він отримує можливість керувати процесами життєдіяльності клітини, зокрема змушувати її синтезувати білки та нуклеїнові кислоти для створення нових вірусних частинок. Цей процес називається реплікацією. Класифікація організмів за характерними ознаками © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

білкова оболонка ліпідна оболонка ланцюжок генів (ДНК або РНК)

Рис. 3.7. Модель вірусу герпесу. Ці віруси можуть викликати висип у вигляді болючих пухирців на різних частинах тіла — найчастіше на губах, слизовій оболонці рота або носа. Такий прояв називають губним герпесом

Віруси не можуть переміщуватися само стійно, тому їм потрібні інші об’єкти для свого пересування. Віруси не збільшуються в розмірах і потребують дихання клітини-хазяїна, щоб отримувати енергію для реплікації. Віруси не виділяють відходи життєдіяльності, адже не мають власного метаболізму, а лише використовують поживні речовини всередині клітини-хазяїна для побудови нових вірусних частинок. Вивченням вірусів займається наука вірусо логія. Для них також є окремі систематичні одиниці, адже вони не належать до вже відомих нам груп живих організмів, але також мають власну класифікацію.

Наука в дії. Чи є вірус живим організмом? Науковці та науковиці досі ведуть дискусії, чи є віруси живими чи ні. Одні кажуть, що це не більше ніж набір інструкцій, які можуть змінювати те, що робить жива клітина. Інші кажуть, що поєднання вірусу та клітини-хазяїна є різновидом живого організму. А як вважаєте ви? Щоб відповісти на таке питання, науковці та науковиці використовують процес, який називається оцінюванням. Перш за все, вони складають два списки. Один список містить всі пункти на користь чогось, а інший — всі пункти проти. Потім науковці та науковиці порівнюють обидва списки і пояснюють свої висновки. Наприклад, вони можуть дійти висновку, що твердження є помилковим, якщо список пунктів «проти» виявиться довшим, ніж список «за». Спробуйте розглянути питання: чи є віруси живими істотами? Обговоріть це в групі і презентуйте решті учнів та учениць результати обговорення.

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 12

Який компонент вірусної частинки містить інструкції щодо її створення?

Чи є самокерований автомобіль живим?

Зв’язки в науці У темі 3 розділу 1 ви дізналися про клітини. Як можна визначити приналежність організму до рослинного чи тваринного царства, лише розглянувши деякі його клітини під мікроскопом?

Підсумки

Ключові поняття

✎ Науковці та науковиці класифікують живі організми на групи за їхніми характерними озна ками. ✎ Тваринні організми об’єднують в групи хребетних та безхребетних, до яких, у свою чергу, входять інші, менші групи. ✎ Рослини об’єднують у такі систематичні одиниці: мохоподібні, папороті, квіткові та голонасінні рослини тощо. ✎ Найменша одиниця класифікації організмів — це вид, тобто група дуже схожих організмів, які можуть розмножуватися, щоб дати плодюче потомство. ✎ Віруси не можуть реплікуватися, не перебуваючи всередині живої клітини, і тому їх не вважають живими організмами.

Характерна ознака, класифікація, варіація, тваринні організми, клітина, група організмів, ядро, рослини, плодючий, гібрид, безплідний, вид, оцінка, клітина-хазяїн, реплікація.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу використовувати різні ознаки, щоб об’єднати об’єкти в групи. ✅ Я можу знаходити, використовувати та оцінювати відповідні джерела інформації.

Класифікація організмів за характерними ознаками © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108112

Розділ 3. Тема 2

Біологічні ключі Будете навчатися:

● працювати з дихотомічними ключами; ● використовувати та складати біологічні ключі для класифікації організмів.

Дихотомічні ключі Науковці та науковиці часто використовують дихотомічний ключ для ідентифікації об’єктів — «дихотомічний» означає розділений навпіл. У дихотомічному ключі використовується серія запитань або варіантів відповідей, які мають лише дві можливі відповіді, щоб розділити велику групу об’єктів на все менші й менші групи. На рис. 3.8 показано дихотомічний ключ для визначення деяких поширених безхребетних тварин. Чи є у безхребетної тварини кінцівки? ТАК Чи має безхребетна тварина крила? ТАК Чи є у безхребетної тварини оперені вусики? ТАК Міль

НІ Метелик

НІ Чи має безхребетна тварина панцир?

НІ Чи має безхребетна тварина більше ніж вісім кінцівок? ТАК Мокриця

ТАК Равлик

НІ Дощовий черв'як

НІ Павук

Рис. 3.8. Дихотомічний ключ для визначення деяких безхребетних тварин

Працювати з поданим вище дихотомічним ключем потрібно, відповідаючи на кожне запитання по черзі. Для визначення безхребетної тварини А маршрут буде наступним. 1. «Чи є у безхребетної тварини кінцівки?» Так. 2. «Чи має вона крила?» Так. 3. «Чи оперені вусики?» Так. Отже, безхребетна тварина А — це міль.

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 1

а) Визначте безхребетних тварин від Б до Д, користуючись ключем на рис. 3.8. б) Ви знайшли безхребетну тварину з шістьма кінцівками, крилами і гладенькими вусиками. Ваш однокласник каже, що це, мабуть, метелик. Чи погоджуєтеся ви з цим твердженням? Поясніть.

На рис. 3.9 показано ще один дихотомічний ключ. Цього разу варіанти відповідей показані у вигляді списку, а не розгалуженої діа грами. Замість того, щоб вибирати відповіді «так» чи «ні», ви обираєте, яке твердження найкраще описує особливості організму, який ви визначаєте. Праворуч, біля ознаки, яка характеризує організм, зазначено назву виду, або вказано, до якого пункту варто перейти. 1 а Птах має переважно Перейдіть до кроку 2 чорне та / або біле пір’я. б Птах має яскраво Перейдіть до кроку 4 забарвлене пір’я. 2 а У птаха смугастий Пісняр строкатий візерунок на пір’ї. б У птаха чорна голова. 3 а У птаха дуже великий помаранчевий дзьоб. б У птаха на дзьобі невелика помаранчева смужка. 4 а У птаха довга шия. б У птаха коротка шия.

Перейдіть до кроку 3

Тукан строкатий Пінгвін-шкіпер

Американський фламінго Червоний ара

В Г

Рис. 3.9. Дихотомічний ключ для визначення деяких видів птахів

Попрактикуйтеся 2

Щоб відповісти на наступні запитання, скористайтеся ключем на рис. 3.9. а) Який птах (на рис. від А до Ґ) є туканом? б) Який птах (на рис. від А до Ґ) є червоним ара? в) Що за птах на рис. Г? г) Що за птах на рис. А?

Біологічні ключі © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 3

Рис. 3.9. Д

Птах В годується в неглибоких озерах і ставках, занурюючи дзьоб у воду і відфільтровуючи дрібні організми. а) Назвіть цього птаха. б) Птах Д (рожевий фламінго) (рис. 3.9 Д) є подібним до птаха В, але вони належать до різних видів. Визначте 3 критерії подібності, що роблять ці види схожими між собою, та 2 ознаки, що їх відрізняють. Для цього скористайтеся довідковими джерелами.

Завдання 3.3. Створення дихотомічного ключа Уявіть, що Чет, Джоанна, Саїка, Давид і Юлія на рис. 3.10 — ваші однокласники та однокласниці. Ви добре їх усіх знаєте. До класу приєднується нова людина, яка не знає нічиїх імен. Яким чином можна зробити ключ, який допоРис. 3.10. Кожна людина в цій групі має може новій людині ідентифікувавідмінні характерні риси. Ми можемо ти кожного з цих п’ятьох учнів та використати їх для створення ключа учениць? Щоб створити ключ, необхідно уважно подивитись на характерні риси. Подивіться на Чета, Джоанну, Саїку, Давида та Юлію на рис. 3.10. Зверніть увагу, які характерні риси є спільними для деяких людей, а які притаманні лише одній людині. Це може бути волосся, обличчя — все, що ви можете чітко розгледіти. Напишіть запитання та пари варіантів відповідей на основі цих характерних рис. Почніть з широкого запитання, щоб розділити одну групу на дві менші. Наприклад, ви можете запитати: «Ця людина носить окуляри?» Тепер можете почати малювати свій ключ, як показано нижче. (Ви можете обрати інше перше запитання.) Також можете дотримуватися стилю, як на рис. 3.11, використовуючи пари письмових варіантів відповідей. Чет

Джоанна

Саїка

Давид Юлія

Ця людина носить окуляри? Так Ні Розділіть людей в окулярах на дві групи. Розділіть людей без окулярів на дві групи. Так

Ні

Так

Ні

Рис. 3.11. Дихотомічний ключ

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Тепер напишіть ще кілька запитань, щоб розділити кожну групу на дві менші групи. Зрештою, в кожній малій групі залишиться лише одна людина, тому напишіть її ім’я замість нового запитання. 1. Намалюйте або акуратно запишіть свій дихотомічний ключ. 2. Попросіть принаймні одну людину перевірити ваш ключ. Потрібно вибрати когось з фотографії, а потім слідувати за ключем, щоб побачити, чи можна дійти по ньому до правильного імені в кінці. 3. Оцініть свій ключ. Чи могли б ви змінити якесь із запитань, щоб зробити його зрозумілішим? Чи були обрані вами ознаки зрозумілими для всіх? 4. Чи можна використати ваш ключ для ідентифікації іншої групи людей? Поясніть свою відповідь. 5. Уявіть, що Чет, Джоанна, Саїка, Давид та Юлія зробили ще одну фотографію через тиждень, коли вони були одягнені в інший одяг, Юлія зав’язала волосся, а у Джоанни з’явилися контактні лінзи. Чи буде ваш ключ все ще працювати? Поясніть свою відповідь.

Використання ключів для класифікації рослин До основних груп рослин належать квіткові рослини, голонасінні, папороті, мохи. Квіткові рослини, голонасінні та папороті мають коріння, за допомогою якого вони дістають воду з ґрунту. Мохи не мають коріння. У квіткових рослин насіння міститься у плодах, що утворюються зі стінок зав’язі маточки квітки, а у голонасінних — у шишках. Якщо вам потрібно ідентифікувати певне дерево, часто в цьому може допомогти розгляд його листків. Листки можуть мати гладенькі або гострі краї, вони можуть бути голкоподібними або пласкими, а також можуть бути простими або складатися з багатьох листочків (рис. 3.12).

Кленовий листок

жилка Дубовий листок

Листок манго

Листок падуба

Голчастий листок на гілці сосни

Голчастий листок на гілці ялини

Листок папороті Рис. 3.12. Листки різних рослин можуть виглядати дуже по-різному

Біологічні ключі © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 3.4. Класифікація листків 1. a) Уважно розгляньте кожен листок, зображений на рис. 3.12, і запишіть характерні ознаки. б) На основі цих спостережень створіть дихотомічний ключ для ідентифікації кожного листка. 2. Зберіть кілька листочків з різних рослин або дерев у вашій місцевості. Зберіть більше одного листка з кожної рослини. a) Розгляньте кожен листок і зробіть записи в таблиці. Зверніть увагу на особливості листків однієї рослини. Чому це важливо? б) За допомогою додаткових джерел інформації визначте рослини, з яких ви зібрали листки. в) Створіть дихотомічний ключ для ідентифікації зібраних вами листків. г) Перевірте свій ключ, попросивши друга вибрати листок з вашої колекції та ідентифікувати його за допомогою вашого ключа.

Попрактикуйтеся 4

Назвіть одну перевагу і один недолік використання дихотомічного ключа для ідентифікації певного об’єкта.

Наука в дії. Використання систем класифікації Сучасна система класифікації відрізняється від систематики Карла Ліннея, він визначив частину видів, які зараз відомі, та дав їм назву. Велика кількість видів відкриті після нього, і мають єдину наукову назву. Homo sapiens (Людина розумна) — це латинська назва виду Людини розумної. Коли люди зустрічають якийсь організм, вони користуються книгами або комп’ютерними базами даних, щоб визначити його назву (назву виду). Ці джерела інформації впорядковані за класифікаційними групами і можуть містити ключі. Це робить пошук назв досить простим, що корисно для людей, які цікавляться природою (наприклад, для орнітологів). Науковці та науковиці також хочуть дізнатися назви організмів, які вони знаходять. Деякі біологи та біологині, наприклад, підраховують кількість різних видів на різних територіях. Їм потрібно переконатися, що вони зможуть визначити назву виду кожного знайденого організму.

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Якщо біологи та біологині знаходять величезну кількість різних видів в одній конкретній місцевості, вони можуть заявити, що ця територія є «гарячою точкою біорізноманіття. Території, які є «гарячими точками» біорізноманіття, часто перебувають під охороною (рис. 3.13). Наприклад, на них може бути заборонено полювання або ведення сільського господарства. Охорона «гарячих точок» біорізноманіття має допомогти природним середовищам існувати та рідкісним видам вижити в майбутньому.

Північний Льодовитий океан

Євразія

Північна Америка Атлантичний Африка океан

Тихий океан

Індійський океан

Південна Америка

Австралія

Південний океан

Антарктида 0

2,500

5,000 км

Рис. 3.13. На цій карті показано, де можна знайти деякі «гарячі точки» біорізноманіття

Зв’язки в науці Мохи поглинають воду безпосередньо з навколишнього середовища, оскільки вони не містять тканин, які транспортують воду та водні розчини. Запропонуйте назву тканини, яку мають інші рослини і якої немає в мохів.

Підсумки

Оцініть свої досягнення

✎ Дихотомічні ключі можна використовувати для ідентифікації рослин і тварин.

Ключові поняття

✅ Я можу робити ретельні спостереження. ✅ Я можу використовувати подібності та відмінності між групою об’єктів для створення дихотомічних ключів.

Дихотомічний ключ.

Біологічні ключі © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Укажіть характерну ознаку, яку мають усі ссавці. А

хутро;

відкладання яєць;

крила;

луска.

2. Групування організмів за подібними ознаками. А

класифікація;

організація;

обрамлення;

поділ.

3. Що з наведеного нижче не є прикладом царства? А

Безхребетні;

Зелені рослини;

Справжні тварини;

Справжні гриби.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 4. Розгляньте рис. 3.14 і 3.15, на яких зображені хребетні тварини.

Рис. 3.14. Велика рогата худоба Брахман, поширена по всьому світу

Рис. 3.15. Яки живуть переважно в Гімалаях

а) До якого царства належать хребетні? б) До якої групи хребетних належать обидва ці організми? в) Опишіть три ознаки, які мають усі представники цієї групи хребетних, але яких немає в інших груп хребетних. г) Виберіть дві характерні ознаки, які відрізняються в цих двох організмів і опишіть ці відмінності.

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

5. Виконайте наступні завдання. а) За допомогою ключа на рис. 3.16 визначте три види пінгвінів: А, Б і В. б) Опишіть три ознаки галапагоського пінгвіна, які допомагають відрізнити його від інших пінгвінів. помаранчевий колір на дзьобі

Перейдіть до кроку 2

без помаранчевого на дзьобі

Перейдіть до кроку 3

довгий дзьоб та помаранчеве пір’я на голові та шиї

Королівський пінгвін пінгвін Аделі

на голові все пір’я однакового кольору чорне та біле пір’я на голові

Галапагоський пінгвін

Рис. 3.16. Ключ до визначення деяких видів пінгвінів

6. Скористайтеся ключем, щоб визначити метеликів А і Б.

2 3 4

переважно помаранчевого та чорного кольорів

Перейдіть до кроку 2

переважно чорно-білого кольору

Перейдіть до кроку 4

має білі плями на крилах

Перейдіть до кроку 3

без білих плям на крилах

строката фрітіларія (Euptoieta claudia)

тіло чорного кольору

данаїда монарх (Danaus plexippus)

тіло помаранчевого кольору

сонцевик будяковий (Vanessa cardui)

кожне заднє крило має хвіст

Перейдіть до кроку 5

без хвостів на задніх крилах

зебра довгокрила (Heliconius charithonia)

дві білі смуги вздовж усього тіла

зебра ластівкохвоста (Protographium marcellus)

дві білі смуги лише в області голови

темний махаон (Eurytides philolaus)

7. Розгляньте рис. 3.17. За якими ознаками можна віднести організми А, Б, В і Г до різних груп членистоногих? Здійсніть класифікацію.

Рис. 3.17.

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

8. Розгляньте зображених нижче динозаврів. Створіть дихотомічний ключ, який допоможе іншим розпізнати різних представників динозаврів.

Тиранозавр (Ті-рекс)

Трицератопс

Баріонікс

Велоцираптор

Стегозавр

Карнотавр

Цинтаозавр

Анкілозавр

Паразауролоф

Рис. 3.18.

ІІІ. Проводжу дослідження природи пляшка з кришкою з маленькими отворами

відкрита пляшка

Висота дерева (м)

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

9. У ХVII столітті багато людей вважали, що м’ясо містить личинки комах. Франческо Реді в це не вірив. Він провів експеримент, щоб отримати докази на підтримку своєї гіпотези. На рисунку зображено частину експерименту. Зробіть прогноз щодо того, що сталося в банках А і Б. Поясніть своє припущення.

10. На одній ділянці висаджують чотири різні дерева. Їхню висоту вимірюють щороку (дані показано на графіку). Зростання чотирьох різних дерев за 10 років 1. Який життєвий процес зображено на графіку? Дерево Г 2. Якої висоти було дерево А через чотири роки? 3. Поясніть, як можна визначити, яке Дерево Б Дерево В дерево росло найшвидше. 4. Що відбувається з клітинами, коли дерево росте? Виберіть одну правильну відповідь: Дерево А а) кількість клітин залишається незмінною; б) кількість клітин зменшується; в) кількість клітин збільшується; 2 4 6 8 10 12 Час (роки) г) у деревах немає жодної клітини.

Класифікація живих організмів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Будова та властивості речовин

4 Розділ

Протягом усієї історії люди перетворювали одні хімічні речовини на інші. Алхіміки прагнули з’ясувати, як перетворити такі метали, як свинець чи мідь, на золото. Сучасні хіміки та хімікині розуміють, що унікальні фізичні та хімічні властивості речовин зумовлені частинками, із яких вони складаються, та їхнім розміщенням в речовині.

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● про фізичні та хімічні властивості речовин; ● як визначати кислотність та лужність середовища за допомогою індикаторів; ● про особливості розташування частинок речовин у твердих тілах, рідинах і газах; ● як орієнтуватися в періодичній таблиці хімічних елементів; ● чим відрізняються хімічні елементи, сполуки й суміші. У цьому розділі ви навчитеся: ● визначати закономірності експериментальних даних та формулювати висновки; ● представляти та пояснювати результати спосте режень і вимірювань; ● розрізняти піктограми небезпеки та враховувати їх під час планування експерименту; ● використовувати хімічні символи й формули для опису складу речовин. rnk.com.ua/108113

rnk.com.ua/108114

Розділ 4. Тема 1

Фізичні та хімічні властивості речовин Будете навчатися:

● розрізняти фізичні та хімічні властивості речовин; ● досліджувати фізичні та хімічні властивості речовин; ● аналізувати результати дослідження та формулювати висновки.

Фізичні властивості

Рис. 4.1. Зразки срібла, золота та міді

0 OC

Рис. 4.2. Визначення температури плавлення Температура кипіння 100 OC

Усі речовини мають як фізичні, так і хімічні властивості. Фізичні властивості використовують для опису речовини — їх можна спостерігати або дослідити без перетворення однієї речовини на іншу. До фізичних властивостей належать, наприклад, твердість, температура кипіння чи плавлення, електропровідність, теплопровідність, густина, колір, блиск тощо. Фізичні властивості речовин визначають їхнє використання. За фізичними властивостями можна встановити подібність і відмінність деяких речовин. Наприклад, срібло, золото та мідь відрізняються за кольором (рис. 4.1). Температура плавлення і кипіння — це фізичні властивості, які часто доводиться враховувати під час вибору матеріалу для використання в певних галузях. Температура, за якої тверда кристалічна речовина змінює агрегатний стан з твердого на рідкий, називається температурою плавлення (рис. 4.2). Кипіння — це процес пароутворення, який відбувається в усьому об’ємі рідини й супроводжується утворенням і збільшенням бульбашок пари. Температура, за якої тиск пари рідини дорівнює зовнішньому тиску називається температурою (точкою) кипіння. Під час визначення температур речовини дотримуйтеся інструкції.

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

1. Помістіть речовину (тверду або рідку) у відповідну ємність. За допомогою термометра виміряйте температуру речовини. 2. Нагрійте речовину. 3. За допомогою термометра щохвилини вимірюйте температуру речовини, доки вона не стане стабільною (температура плавлення). Температура кипіння — це момент, коли рідина активно випаровується, а її температура більше не змінюється. Використовуйте термостійкий посуд і дотримуйтеся правил безпечної поведінки.

Завдання 4.1. Вимірювання температури кипіння води Олена вирішила визначити температуру кипіння води (рис. 4.3). Результати дослідження Олена представила у формі таблиці 4.1. 1. Представте дані таблиці 4.1 у формі графіка. Враховуйте наступне: ● незалежну змінну (час) відкладають на горизонтальній осі; ● залежну змінну (температура) відкладають на вертикальній осі. 2. Підпишіть кожну вісь. Скористайтеся заголовками стовпчиків таблиці. 3. Перевірте результати і визначте, чи є відхилення, які зафіксувала Олена, використовуючи візуальний аналіз графіка та порівняння з очікуваною закономірністю. Температура під час кипіння має стабілізуватися, тому різкі коливання можуть вказувати на експериментальні похибки або людський фактор. Позначте кожну точку, обведіть всі відхилення вимірювань, здійснених дівчинкою. З’єднайте точки. 4. Установіть за графіком закономірність і опишіть її, заповнивши пропуски в реченнях. 5. У проміжку між __ хвилиною та __ хвилиною температура зросла з __°C до __°C. Через __ хвилин від початку спостереження температура досягла максимального значення __°C. 6. Установіть температуру (точку) кипіння води. Поясніть, як її визначити за графіком.

рідина 25 ОС

газ 100 ОС

кімнатна температура

точка кипіння

Рис. 4.3. Вимірювання температури кипіння

Фізичні та хімічні властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Таблиця 4.1. Результати вимірювання температури кипіння води Початкова температура — значення температури, виміряне перед початком експерименту і відповідає часу 0 хвилин.

Час (у хвилинах)

Температура води (°C)

100

Значення незалежної змінної, яку змінюють під час експерименту, записують у першому стовпчику.

Кожен стовпчик має заголовок з одиницями вимірювання. Значення залежної змінної, яку вимірюють під час експерименту, записують у другому стовпчику. Виміряні значення температури записують у таблицю від найнижчого до найвищого.

Попрактикуйтеся 1

Рис. 4.4. Діамант — оброблений алмаз, придатний для використання в ювелірній справі

Рис. 4.5. Вироби з алюмінію

Які фізичні властивості речовин можна визначити експериментально, а які — візуально?

Обговоріть у групі причину відмінності в температурах плавлення графіту, алмазу (рис. 4.4), цукру, піску, алюмінію (рис. 4.5), поліетилену тощо. Представте результати обговорення в класі.

Висловіть припущення, чому визначати температуру плавлення нафталену допустимо лише у витяжній шафі. Студент помістив невелику кількість твердого нафталену у пробірку і нагрівав його, поки він не розплавився. Потім пробірку опустив у склянку з льодом, щоб охолодити нафтален. Студент вимірював температуру нафталену щохвилини протягом 18 хвилин. За даними експерименту одержав графік залежності температури від часу (рис. 4.6).

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся

а) Опишіть закономірність за результатами дослідження. б) Що спостерігав студент у проміжку між 4 і 11 хвилинами? в) За графіком визначте температуру плавлення нафталену. г) Зробіть висновок щодо результатів дослідження. Доберіть приклади фізичних властивостей води, які дають їй змогу виконувати основні функції для забезпечення гомеостазу в клітинах (обмін речовин, транспорт молекул тощо).

90 Температура (°C)

85 80 75 70 65 0

8 10 12 14 16 18 Час (хв)

Рис. 4.6. Графік зміни температури нафталену

Хімічні властивості Хімічні властивості речовин — це здатність вступати в хімічну взаємодію з певним колом інших речовин і розкладатися при різкому зміненні температурного режиму. Хімічні реакції — це змінення складу і будови речовин, у результаті якого одні речовини перетворюються на інші, але атомні ядра залишаються незмінними. Кожну речовину характеризує певна реакційна здатність (реактивність). Це ймовірність того, що речовина вступить у хімічну реакцію. До хімічних властивостей належить горючість (здатність речовини до горіння, тобто взаємодії з киснем з виділенням тепла і світла). Наприклад, водень є дуже легкозаймистим — він легко спалахує. Такі речовини як залізо або азот є негорючими (рис. 4.7). Знання хімічних властивостей речовин дуже корисне. Якщо науковець / науковиця хоче визначити невідому речовину, він / вона може дослідити її хімічні властивості, тобто особливості взаємодії з іншими речовинами, наприклад, киснем, водою, металами, неметалами тощо.

Рис. 4.7. Натрій, внесений у посудину, заповнену киснем, без попереднього нагрівання не горить. Залізо загоряється в кисні за нагрівання до 600 оС

Рис. 4.8. Взаємодія натрію з киснем за звичайних умов

Фізичні та хімічні властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 6

Натрій — це метал сріблясто-сірого кольору. Він м’який, має низьку температуру плавлення і легко реагує з киснем і водою (рис. 4.8). Які з описаних властивостей натрію є фізичними, а які — хімічними?

Наука в дії. Короткі відомості з історії хімії Незважаючи на безліч хибних ідей, середньовічні алхіміки здійснили багато корисних відкриттів. Алхіміки вивчали речовини і створювали нові матеріали, значна частина відкриттів сучасних хіміків була здійснена з використанням ідей алхіміків. Однією з актуальних і перспективних наук є нанохімія — наука на перетині матеріалознавства, фізики і хімії, що вивчає закономірності існування речовин на нанорівні, об’єкти нанометричних розмірів (менших за мільярдну частину метра). Нанотехнології дають можливість створювати нові речовини з унікальними властивостями і використовувати їх майже в усіх сферах діяльності людини. Наприклад, в Україні в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона за допомогою нанотехнологій отримано спеціальні сплави, що мають надзвичайно високу міцність та легші за сталь.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Характеристикою речовини є її фізичні та хімічні властивості. ✎ Фізичні властивості можна спостерігати і досліджувати, не змінюючи речовину, наприклад, твердість, температуру плавлення і кипіння, колір, блиск. ✎ Хімічні властивості виявляють речовини під час хімічних перетворень. ✎ Кожну речовину характеризує певна реакційна здатність.

Температура (точка) кипіння, температура плавлення, фізична властивість, похибка вимірювання, хімічна властивість.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу представляти результати спостереження та вимірювання у формі таблиці чи графіка. ✅ Я аналізую результати дослідження та формулюю висновки. ✅ Я розрізняю фізичні та хімічні властивості речовин. Будова та властивості речовин

rnk.com.ua/108115

Розділ 4. Тема 2

Молекули й атоми. Агрегатні стани речовини Будете навчатися:

● описувати властивості твердих тіл, рідин і газів та особливості зміни агрегатного стану речовин; ● створювати моделі твердих тіл, рідин та газів.

Тверді, рідкі та газоподібні речовини Ви вже знаєте, що речовини можуть перебувати в різних агрегатних станах. Розгляньте зображення озера Синевир (рис. 4.9) — найбільшого озера Українських Карпат. Які тверді, рідкі та газоподібні речовини або суміші, наявні в цій місцевості, ви можете назвати?

Молекули й атоми Усі тверді тіла, рідини та гази складаються з частинок речовини (молекул, атомів, йонів), які постійно рухаються і взаємодіють одна з одною (рис. 4.11). Атом — найдрібніша електронейтральна частинка речовини, яка складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, які рухаються навколо ядра. Молекула — частинка речовини, яка складається з атомів, може існувати окремо та виявляє всі хімічні властивості цієї речовини. Деякі атоми за певних умов можуть втрачати один або кілька своїх електронів, перетворюючись на позитивно заряджені йони. Інші атоми приєднують електрони й перетворюються на частинки з негативним зарядом — негативно заряджені йони. Властивості твердих тіл, рідин і газів відрізняються, оскільки в різних агрегатних станах молекули мають різне просторове впорядкування. Це можна відобразити за допомогою моделей речовин (молекул, атомів, йонів).

Рис. 4.9. Озеро Синевир — найбільше озеро Українських Карпат. Гори, озеро і повітря на рисунку складаються з різних речовин

атоми

молекули, утворені з атомів Рис. 4.10. Частинками речовин можуть бути молекули, атоми, йони

Молекула Атом

Протон Атом Електрон

Нейтрон Рис. 4.11. Приклади частинок у речовині

Молекули й атоми. Агрегатні стани речовини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Розглянемо схематичні зображення моделей речовин у різних агрегатних станах (рис. 4.12–4.16). Рис. 4.12. У твердому агрегатному стані частинки речовини розташовані близько одна біля одної, сили взаємодії між ними значні, тому частинки лише здійснюють коливання навколо положень рівноваги. Тверді тіла зберігають свою форму і об’єм

Рис. 4.13. У газоподібному агрегатному стані молекули віддаляються одна від одної на великі відстані, сили взаємодії між молекулами малі. Тому гази займають весь наданий їм об’єм і порівняно легко стискаються

Рис. 4.14. Плазма — це стан частково або повністю йонізованої речовини, що складається з величезної кількості заряджених частинок (йонів і електронів) та нейтральних атомів і молекул. Плазма є найпоширенішим агрегатним станом речовини у Всесвіті.

Рис. 4.15. Найскладнішим є молекулярний рух у рідинах. Молекули, розташовані близько одна біля одної, здійснюють коливання навколо положень рівноваги, як у твердих тілах. Тому рідини зберігають свій об’єм і є майже нестисливими. Але у рідині завжди є незначна кількість молекул, що переміщуються на декілька міжатомних відстаней і займають нові рівноважні положення. Завдяки цьому рідина має текучість і набуває форму посудини, в якій знаходиться

Рис. 4.16. Можна перелити рідину з однієї ємності в іншу, оскільки рідини можуть текти. Об’єм в обох ємностях буде однаковим, але форма рідини зміниться

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100

Попрактикуйтеся 1

Рис. 4.17. Коли газ стискають, частинки наближаються одна до одної

Який агрегатний стан речовини описано в кожному випадку? а) Відстані між молекулами значно перевищують лінійні розміри молекул. б) Молекули здійснюють коливання навколо положень рівноваги. в) Молекули розташовані близько одна біля одної, але можуть переміщуватися та займати нові положення рівноваги.

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 2

Дізнайтеся, які властивості клітинної мембрани дають змогу потрапляти в середину клітини макромолекулам білків, жирів та вуглеводів.

На основі уявлень про будову речовини поясніть, чому твердий прозорий діамант неможливо подряпати. Атоми Гелію

Моделювання твердих тіл, рідин та газів Треба пам’ятати, що модель деякого об’єкта чи явища допомагає показати, уявити або пояснити його, і ця модель може дещо відрізнятися від модельованого об’єкта. Створення спрощених моделей реальних об’єктів допомагає краще зрозуміти те, що здається дуже складним. За допомогою моделей речовин можна показати різні способи розташування частинок у твердих тілах, рідинах і газах. У таких моделях не можна відобразити силу взаємодії частинок у твердих, рідких чи газоподібних речовинах.

Гелій (газ) Молекули води Вода (рідина) Йони Натрію Сіль (тверда)

Завдання 4.2. Створення моделей твердих тіл, рідин, газів Створіть модель твердої речовини, рідини та газу. Для створення моделей вам знадобляться: сушений горох, пластилін і пластикова пляшка з кришкою. 1. Частинки в твердому тілі утримуються разом завдяки силам взаємодії. Запропонуйте, як можна змоделювати сили взаємодії частинок у твердому тілі. Можна виконати такі моделі у вигляді аплікацій. 2. Скористайтеся пляшкою як контейнером. Як можна змоделювати розташування та рух частинок у рідині та газі? (Пляшку можна рухати.) 3. Які переваги ваших моделей твердих тіл, рідин та газів? Наскільки добре вони демонструють розташування частинок речовин? 4. Які обмеження ваших моделей твердих тіл, рідин та газів? Що вони демонструють недостатньо добре?

Зміна агрегатного стану Співвідношення між енергією руху і енергією взаємодії молекул речовини визначає агрегатний стан речовини. У твердих тілах значення енергії взаємодії молекул надзвичайно велике порівняно зі значенням енергії руху. У газах енергія молекул набагато більша, ніж енергія їх взаємодії. Молекули й атоми. Агрегатні стани речовини © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

тверда речовина

охолодження

нагрівання

рідина

охолодження

нагрівання

Для рідин характерним є те, що значення енергії руху молекул і енергії їх взаємодії майже рівні. Сума енергії руху всіх частинок, з яких складається тіло, і енергії їх взаємодії називається внутрішньою енергією тіла. Зміна агрегатного стану речовини пов’язана зі змі ною його внутрішньої енергії. Під час нагрівання внутрішня енергія тіла зростає, а під час охолодження — зменшується (рис. 4.18). Унаслідок зміни агрегатного стану розмір частинок речовин не змінюється. Змінюється лише їхнє розташування та рух.

газ

Попрактикуйтеся Рис. 4.18. Під час нагрівання тіла енергія руху частинок речовини зростає, а під час охолодження — зменшується. Під час конденсації та кристалізації енергія взаємодії частинок збільшується, під час плавлення та кипіння — зменшується

Порівняйте внутрішню енергію тіла в різних агрегатних станах.

Чому кров, як суміш, що забезпечує обмін речовин, перебуває у рідкому агрегатному стані? Для виконання яких фізіологічних функцій важливий саме рідкий агрегатний стан?

Підсумки

Ключові поняття

✎ Речовини складаються з молекул, атомів, йонів. ✎ Існують такі стани речовини: твердий, рідкий, газоподібний та плазма. ✎ Тверді тіла, рідини та гази мають різні фізичні властивості, оскільки частинки, з яких вони складаються, розміщені по-різному та по-різному взаємодіють між собою.

Атом, молекула, позитивно заряджений йон, негативно заряджений йон, агрегатний стан, внутрішня енергія, кипіння, конденсація, кристалізація, модель, плавлення.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу описувати переваги та обмеження наукової моделі. ✅ Я можу класифікувати речовини на тверді, рідкі та газоподібні за їхніми описами.

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108116

Розділ 4. Тема 3

Періодична система та періодична таблиця хімічних елементів Будете навчатися:

● використовувати періодичну таблицю хімічних елементів; ● установлювати відмінності в періодичній таблиці між хімічними елементами та простими речовинами; ● описувати склад речовин за допомогою символів хімічних елементів.

Хімічні елементи Речовини можуть складатися з атомів або молекул, або йонів. Атоми настільки малі, що важко уявити їхній розмір. Хімічний елемент — це певний вид атомів. Існує 118 видів атомів. Речовини, утворені атомами лише одного хімічного елемента, — прості. Прикладами простих речовин є срібло, гелій, кисень, азот (рис. 4.19).

атоми Арґентуму

атоми Гелію всередині кульки

Рис. 4.19. Срібло і гелій — це прості речовини. Срібло утворене атомами Аргентуму, а гелій — атомами Гелію

Завдання 4.3. Дослідження простих речовин Ваш учитель / учителька запропонує вам деякі прості речовини (рис. 4.20). 1. Розгляньте кожну речовину. Опишіть її зовнішній вигляд: колір, блиск, агрегатний стан, твердість, крихкість тощо. 2. Спробуйте розподілити досліджувані речовини на групи за подібними фізичними властивостями. Наприклад, за кольором, блиском, твердістю. 3. Виберіть одну речовину і скористайтеся додатковими джерелами інформації, щоб охарактеризувати її детальніше. Рис. 4.20. Зразки простих речовин Наприклад, з якою метою цю речовину використовують?

Попрактикуйтеся 1

Дізнайтеся, які прості речовини можуть бути шкідливими для природи або здоров’я людини (наприклад, озон O3, свинець Pb). Як люди запобігають негативному впливу цих речовин?

Періодична система та періодична таблиця хімічних елементів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Періодична таблиця хімічних елементів Рис. 4.21. Карбон — хімічний елемент під номером 6. Атомами Карбону утворені кілька простих речовин, поміж яких алмаз і графіт. Огранені алмази називають діамантами

Рис. 4.22. З графіту виготовляють стрижні для простих олівців

ний рібнийсрібний рібний срібний срібний рібний бний срібний Рис. 4.23. «Аргентум» різними мовами

Рис. 4.24. Молекула сірки утворена атомами хімічного елемента з порядковим номером 16. Це жовта тверда речовина, яку можна знайти біля згаслих вулканів. В Україні великі родовища самородної сірки розміщені в Прикарпатті

Назва хімічного елемента різними мовами звучить по-різному (рис. 4.23). Кожен хімічний елемент позначають відповідним символом. Символи хімічних елементів однакові в усіх мовах. Символ Аргентуму — Ag. Усі відомі хімічні елементи позначені своїми символами в періодичній таблиці хімічних елементів. Хімічні елементи в періодичній таблиці розміщено за зростанням кількості протонів у ядрах їхніх атомів, у комірках з відповідним порядковим номером, що характеризує склад ядер атомів цих хімічних елементів. Розрізняють групи хімічних елементів — вертикальні колонки, і періоди — горизонтальні ряди. Першим хімічним елементом є Гідроген, який має символ H. Наступним хімічним елементом у першому періоді є Гелій (He). Поруч наведено назви та символи перших 20 хімічних елементів. Назва

Символ

Назва

Символ

Гідроген

Натрій

Гелій

Магній

Літій

Алюміній

Берилій

Силіцій

Бор

Фосфор

Карбон

Сульфур

Нітроген

Хлор

Оксиген

Аргон

Флуор

Калій

Неон

Кальцій

У довгоперіодній (або «довгій») формі періодичної таблиці (рис. 4.25) хімічні елементи об’єднано в 7 періодів і 18 груп. Хімічні елементи з подібними властивостями об’єднано в групи. За порядковим номером, номером групи та періоду у періодичній таблиці можна знайти назву, символ і відносну атомну масу хімічного елемента. Будова та властивості речовин

Водень

Гелій

Гідроген

Вуглець

Літій

Бор

Берилій

Карбон

Азот

Нітроген

Кисень

Оксиген

Фтор

Флуор

Неон

Сірка

Натрій

Магній Залізо

Калій

Кальцій

Скандій

Титан

Ванадій

Хром

Манган

Ферум

Нікол

Кобальт

Нікель

Алюміній

Силіцій

Фосфор

Сульфур

Хлор

Аргон

Галій

Германій

Арсен

Селен

Бром

Криптон

Стибій

Телур

Йод

Ксенон

Мідь

Купрум

Цинк

Олово

Срібло

Рубідій

Стронцій

Ітрій

Цирконій

Ніобій

Молібден

Технецій

Рутеній

Родій

Паладій

Аргентум

Золото

Кадмій

Індій

Станум

Свинець

Ртуть

Лантаноїди Цезій

Барій

Францій

Радій

Гафній

Тантал

Вольфрам

Реній

Осмій

Іридій

Платина

Аурум

Меркурій

Талій

Плюмбум

Бісмут

Полоній

Астат

Радон

Резерфордій

Дубній

Сиборгій

Борій

Гасій

Майтнерій

Дармштадтій

Рентгеній

Коперніцій

Ніхоній

Флеровій

Московій

Ліверморій

Теннессін

Оганессон

Лантан

Церій

Празеодим

Неодим

Прометій

Самарій

Європій

Гадоліній

Тербій

Диспрозій

Гольмій

Ербій

Тулій

Ітербій

Лютецій

Актиній

Торій

Протактиній

Уран

Нептуній

Плутоній

Америцій

Кюрій

Берклій

Каліфорній

Ейнштейній

Фермій

Менделевій

Нобелій

Лоуренсій

Актиноїди

Рис. 4.25. У періодичній таблиці хімічних елементів розміщено 118 хімічних елементів

До прикладу, хімічний елемент Нітроген (N) має порядковий номер 7, розміщений у 2-му періоді, 15-й групі. У нижній частині періодичної таблиці окремо розміщені лантаноїди та актиноїди, які формально належать до третьої групи.

Попрактикуйтеся 2

Знайдіть у періодичній таблиці на рис. 4.25 усі назви хімічних елементів, що починаються літерою «К».

Які з тверджень правильні? а) Алюміній містить лише один вид атомів. б) Сульфур позначається як So. в) Калій позначається символом K.

Опишіть місце в періодичній таблиці (номери періоду й групи) Оксигену, Феруму, Силіцію, Нобелію, Алюмінію, Борію, Магнію, Резерфордію. Випишіть символи цих хімічних елементів. Які хімічні елементи з поданого списку добуті штучно й не існують у природі (знайдіть інформацію у додаткових джерелах)?

Періодична система та періодична таблиця хімічних елементів © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 5

Виберіть з періодичної таблиці приклади хімічних елементів, названих на честь відомих науковців / науковиць; планет або астрономічних тіл; міст або країн; міфологічних персонажів. Оберіть один приклад з кожної групи та коротко поясніть походження назви.

Наука в дії. Використання металів

Рис. 4.26. Індій використовують для виготовлення сенсорних екранів

Індій — рідкісний метал, але попит на нього високий, а пропозиція зменшується. Сполуки Індію зі Станумом і Оксигеном використовують для виготовлення сенсорних екранів смартфонів, планшетів та іншої сучасної електроніки (рис. 4.26). Коли використані електронні пристрої викидають, індій втрачається. Однак китайські науковці знайшли спосіб відновлювати його зі сполук, у яких він міститься. В електроніці також застосовується рідкісний критично важливий метал літій. Три великі українські родовища літієвих руд: Шевченківське (Донецька область), Полохівське і Станкуватське (Кіровоградська область) є найбільшими в Європі.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Прості речовини утворені атомами лише одного хімічного елемента. ✎ Кожен хімічний елемент має свою назву і відповідний символ. ✎ Хімічні елементи розміщено в періодичній таблиці в певному порядку.

Проста речовина, хімічний елемент, символ хімічного елемента, таблиця Періодичної системи хімічних елементів, група, період, метал, неметал.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу використовувати символи для позначення різних хімічних елементів періодичної таблиці. ✅ Я можу орієнтуватися в періодичній таблиці хімічних елементів. Будова та властивості речовин

rnk.com.ua/108117

Розділ 4. Тема 4

Хімічні елементи, речовини, суміші Будете навчатися:

● установлювати відмінності між хімічними елементами, речовинами та сумішами; ● досліджувати властивості сплавів.

Речовини Хоча різних хімічних елементів відомо 118, речовин наразі існує багато мільйонів. Це пояснюється тим, що атоми різних хімічних елементів можуть сполучатися під час хімічних реакцій, утворюючи прості й складні речовини. Прикладами складних речовин є вода, вуглекислий газ і натрій хлорид (кухонна сіль). Кожна речовина має хімічну формулу — умовний запис складу речовини за допомогою символів хімічних елементів та індексів. Атоми хімічних елементів з’єднуються в речовині не будь-як, а в певному порядку згідно з їхньою валентністю. Валентність — це чисельна характеристика здатності атомів хімічних елементів сполучатися з певною кількістю атомів того ж хімічного елемента або з атомами іншого виду. Валентність для деяких атомів може бути сталою та змінною. У випадку змінної валентності її вказують у назві речовини після назви хімічного елемента в дужках (рис. 4.28). Символи у формулі вказують на атоми хімічних елементів, якими утворена речовина. Число після символу хімічного елемента у формулі вказує на кількість атомів відповідного хімічного елемента та називається індексом. Наприклад, формула води — H2O. В кожній молекулі води міститься два атоми Гідрогену та один атом Оксигену.

Рис. 4.27. У складі живих організмів виявляють майже 60 хімічних елементів карбон(IV) оксид або вуглекислий газ, CO2 натрій хлорид, NaCl

вода, H2O

Рис. 4.28. Назви та хімічні формули деяких речовин, а також порядок сполучення частинок речовин між собою

Хімічні елементи, речовини, суміші © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся C6H12O6

Поясніть різницю між хімічним елементом і речовиною.

Скільки атомів Карбону та Оксигену міститься в одній молекулі карбон(IV) оксиду (CO2)?

Карбон Гідроген

Оксиген

Рис. 4.29. Схематичне зображення моделі молекули глюкози

Рис. 4.30. Молекули води та вуглекислого газу в суміші

Молекула глюкози має формулу C6H12O6 (рис. 4.29). а) Атомами яких хімічних елементів утворена молекула глюкози? б) Скільки атомів кожного з них міс титься в молекулі глюкози? Сульфатна кислота має формулу H2SO4. Яке з тверджень про молекулу цієї речовини правильне? а) Кількість атомів Гідрогену дорівнює кількості атомів Оксигену. б) Кількість атомів Оксигену вдвічі більша за кількість атомів Гідрогену. в) Кількість атомів Сульфуру вдвічі менша за кількість атомів Оксигену. Формула силіцій(IV) оксиду — SiO2. Певна порція силіцій(IV) оксиду містить 400 атомів Оксигену. Скільки в ній атомів Силіцію?

Суміші

Рис. 4.31. Молочний коктейль є сумішшю молока, цукру, полуниці тощо

Чиста речовина складається лише з частинок цієї речовини. Наприклад, залізо (Fe) — це чиста речовина (проста). Дистильована вода (H2O) містить лише молекули води (складна речовина). Суміш складається щонайменше з двох речовин (рис. 4.31–4.32). Наприклад, вода і силіцій(IV) оксид (основний компонент піску) разом утворюють суміш. Речовини в суміші можна легко відокремити, оскільки різні речовини недостатньо міцно зв’язані одна з одною.

Рис. 4.32. Повітря — суміш різних газів

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 6

Скориставшись додатковими джерелами інформації, створіть інфографіку з прикладами способів розділення сумішей (фільтрування, випарювання, виморожування, дія магніту тощо).

З наведеного переліку розділіть прості речовини, складні речовини та суміші. а) мінеральна вода; б) глюкоза; в) йогурт; г) залізо.

Завдання 4.4. Проста речовина, сполука чи суміш? Ваш учитель / ваша учителька запропонує вам кілька зразків для дослідження (рис. 4.33). Про кожен з них буде певна інформація, наприклад, назва або формула. 1. Попрацюйте в парах. За допомогою спостережень та наведеної інформації запишіть, чим є кожен зі зразків: простою чи складною речовиною або сумішшю. 2. Обговоріть з партнером / партнеркою, чому ви дійшли такого висновку.

Рис. 4.33. Ця гірська порода є сумішшю різних сполук

Сплави Сплави — це суміші, які можуть складатися з двох або більше металів або з одного чи більше металів та неметалу (рис. 4.34). Їх виготовляють за допомогою нагрівання простих речовин разом. Кожний компонент суміші зберігає свої власні хімічні властивості. Фізичні та хімічні властивості сплавів відрізняються від властивостей речовин, з яких вони складаються. Прикладом сплаву є неіржавна сталь. Неіржавна сталь містить залізо, змішане з невеликою кількістю хрому, нікелю та вуглецю. Залізо піддається корозії під впливом води та кисню. Як наслідок, залізо не є придатним матеріалом для виготовлення кухонного посуду та побутових приладів, таких як посудомийні або пральні машини, які часто знаходяться під впливом води.

Рис. 4.34. Бронза тисячоліттями використовувалася для створення статуй. На рисунку — монумент Незалежності в Києві

Хімічні елементи, речовини, суміші © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Наука в дії. Застосування сплавів

Рис. 4.35. Міст імені Патона — один з мостів через Дніпро у Києві. Перший у світі суцільнозварний міст завдовжки 1543 метри. Безпосередню участь у проєктуванні та будівництві моста брав академік Євген Оскарович Патон, на честь якого названо цю споруду

Неіржавна сталь не іржавіє завдяки наявності у сплаві хрому та нікелю, що не реагують з речовинами, які є в навколишньому середовищі. Тому неіржавну сталь можна використовувати для виготовлення кухонного приладдя, а також пральних і посудомийних машин, раковин і мийок. Іншим прикладом сплаву є вуглецева (нелегована) сталь, яка переважно складається з заліза, змішаного з вуглецем. Хоча залізо саме по собі міцне, воно недостатньо міцне для використання в таких конструкціях, як мости (рис. 4.35). Завдяки вмісту вуглецю у сплаві сталь стає набагато міцнішою, тому вона підходить для виготовлення міцних конструкцій (будівлі, мости).

Попрактикуйтеся 8

Деякі сплави використовують для виготовлення імплантів, протезів, в стоматології. Які метали входять до складу таких сплавів? Чому саме сплави, а не чисті речовини, обирають для медичних цілей?

Підсумки

Ключові поняття

✎ Складні речовини утворюються з атомів двох і більше хімічних елементів. ✎ Склад кожної речовини описують хімічною формулою. ✎ Властивості суміші відрізняються від властивостей речовин, які вона містить. ✎ Суміш складається щонайменше з двох різних речовин. ✎ Сплави містять два або більше різних метали або один чи більше метал та неметал.

Речовина, формула, валентність, індекс, чиста речовина, суміш, сплав.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу сортувати, групувати та класифікувати речовини і суміші. ✅ Я можу записати формулу речовини за допомогою символів хімічних елементів та індексів. ✅ Я можу за формулою речовини описати її якісний і кількісний склад. Будова та властивості речовин

rnk.com.ua/108118

Розділ 4. Тема 5

Метали, неметали, сплави ● класифікувати хімічні елементи на металічні, неметалічні; ● обговорювати відмінності фізичних властивостей металів і неметалів; ● установлювати, чим сплави відрізняються від речовин, із яких вони утворені; ● робити висновки на основі результатів дослідження.

Будете навчатися:

Металічні та неметалічні хімічні елементи Усі відомі хімічні елементи поділяються на металічні та неметалічні. Хімічні елементи з подібними властивостями містяться в одній і тій же групі. Межа між металічними та неметалічними хімічними елементами проходить по діагоналі від Бору (В) до H Астату (At). Металічні хімічні елементи згруповані в лівій частині періодичної таблиці, неметалічні — у правій (рис. 4.36).

Li Be

H Mg Na

Al HeSi

Li Be

K Ca Sc Ti

Na Mg

Rb Sr

K Ca Sc Ti

B C N O F Ne V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Al Si

Cl Ar

Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Hf Mo Cs SrBaY La TaTc W Re Pd OsAg IrCd Pt AuSbHg Rb Zr Nb Ru Rh In Sn Te

Tl Pb Bi Po At I Xe

Cs Fr BaRaLaAcHf** Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac**

Металічні елементи Металічні елементи

Неметалічні елементи Неметалічні елементи

Рис. 4.36. Металічні і неметалічні хімічні елементи розміщені в різних місцях періодичної таблиці хімічних елементів

Попрактикуйтеся 1

Для кожного з наведених символів хімічних елементів укажіть назви, класифікуйте їх на металічні або неметалічні. а) B, б) Cl, в) Al, г) Ar.

Укажіть символи та назви трьох будь-яких металічних елементів, зображених на рис. 4.36.

Метали, неметали, сплави © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Метали, неметали

Рис. 4.37. Золото — пластичний метал

Метали мають фізичні властивості, якими зумовлене їхнє використання. До прикладу, хром — твердий метал, золото (рис. 4.37) й мідь — пластичні, алюміній — легкий, галій — легкоплавкий метал, калій — дуже м’який, ріжеться ножем, залізо притягується магнітом, а вольфрам має значну температуру плавлення. Метали утворені атомами металічних хімічних елементів, неметали — атомами неметалічних. Неметали зазвичай мають низькі температури плавлення і кипіння, не мають блиску, крихкі в твердому стані, можуть перебувати в різних агрегатних станах за кімнатної температури. До прикладу, сірка легко ламається, бром — рідина з різким запахом, кисень — газ, необхідний для дихання.

Наука в дії. Застосування сплавів

Рис. 4.38. НСК «Олімпійський», Київ

Більшість будівель у спекотних місцях не мають багато вікон. Це пов’язано з тим, що тепло, як і світло, проходить крізь скло. Тому скло часто покривають дуже тонким шаром металу. Метал пропускає світло, але відбиває тепло. Влітку 2023 р. стадіон «Олімпійський» у Києві відзначив 100 років від дня свого заснування (рис. 4.38). Елементами його конструкції є скляні панелі з тонким металевим покриттям, які допомагають зберігати комфортний мікроклімат всередині стадіону та дозволяють глядачам насолоджуватися захопливими видовищами. Однією з особливостей проєкту стадіону є дах, виготовлений з надміцного матеріалу, що витримує температуру до 260 ⁰С та є водночас самоочисним.

Властивості металів та неметалів Більшість металів мають такі фізичні властивості: ковкість, твердість, висока температура плавлення і кипіння, блиск, пластичність.

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Але дуже важко визначити, чи є речовина металом, ґрунтуючись лише на цих властивостях. Наприклад, не всі метали тверді. Свинець м’який і його можна легко зігнути руками (рис. 4.39). Також властивості металів мають деякі неметали. Алмаз — це неметал, який є дуже твердим, йод і графіт мають металевий блиск. Є й інші властивості, які варто перевірити, щоб визначити, чи є речовина металом або неметалом. До фізичних властивостей речовин належить теплопровідність. Якщо речовина є хорошим провідником тепла, то тепло буде швидко проходити крізь неї. Погані провідники тепла називаються теплоізоляторами.

Рис. 4.39. Вироби зі свинцю

Рис. 4.40. Галій плавиться при нагріванні рукою

Завдання 4.5. Дослідження теплопровідності Олена та Сергій досліджували явище поширення тепла від нагрівника вздовж металевого стрижня. Підвищення температури тіла є свідченням поширення теплової енергії, яку ми називаємо теплом. Мета дослідження полягала в тому, щоб з’ясувати, як з часом змінюється температура у фіксованих точках металевого стрижня (рис. 4.41). Під час виконання дослідження учні та учениці дотримувалися такого плану.

стрижень А Б вода, що кипить

канцелярська кнопка джерело енергії від пальника Рис. 4.41. Обладнання, що використовується для з’ясування того, наскільки добре різні речовини або матеріали проводять тепло

1. Використали стрижні, виготовлені з різних речовин: металеві та неметалеві. 2. Прикріпили канцелярські кнопки вздовж одного стрижня невеликою кількістю воску. 3. Нагріли один кінець стрижня. Заміряли, скільки часу потрібно для відпадання кожної канцелярської кнопки (А, Б, В). Записали результати вимірювань. 4. Повторили кроки 2 і 3 з іншими стрижнями, переконавшись, що прикріпили кнопки на однаковій відстані одна від одної вздовж стрижнів.

Метали, неметали, сплави © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Олена та Сергій результати досліду оформили у вигляді таблиці. Час, необхідний для відпадання кнопки (с)

Матеріал стрижня

Пластик

600+

Мідь

Дерево

600+

1. Назвіть контрольні змінні дослідження. 2. Чому відпадали канцелярські кнопки? 3. Зробіть висновки на основі результатів дослідження. 4. Запропонуйте способи покращення умов виконання дослідження, щоб отримати достовірніші результати.

Рис. 4.42. Вироби з міді

Перевірка електропровідності Щоб перевірити, чи є речовина провідником електричного струму, можна включити її в електричне коло послідовно з лампою і гальванічним елементом (рис. 4.43). Якщо коло буде замкненим, лампа буде світитися, якщо речовина проводить електричний струм. Рис. 4.43. Електричне коло розімкнене. Лампа не світиться (детальніше в темі 1 розділу 9)

Завдання 4.6. Дослідження електропровідності Олена та Сергій досліджували речовини на електропровідність, використовуючи обладнання, зображене на рис. 4.44. Результати в таблиці. Фізичне тіло

Вид речовини

Світіння лампи

Залізний цвях

Метал

Спостерігали

Графітовий стержень олівця

Неметал

Спостерігали

Мідна пластинка

Метал

Спостерігали

Проаналізуйте дані таблиці результатів і дайте відповіді на запитання: Рис. 4.44. Лампа світиться. Речовина проводить електричний струм

1. Які з досліджуваних речовин проводять електричний струм? 2. Розгляньте дані 2-ої й 3-ої колонок таблиці результатів. Зробіть висновок.

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Використання даних для формулювання висновків Метали добре проводять тепло та електричний струм. Неметали зазвичай є ізоляторами. Графіт є провідником електричного струму.

Попрактикуйтеся 3 4

Створіть порівняльну таблицю властивостей металів і неметалів. Проаналізуйте наведені характеристики речовин. Визначте поміж них метали й неметали. Поясніть, чому ви так вважаєте. а) Тверда, сріблясто-біла і блискуча речовина. Хороший провідник тепла та електричного струму. б) Блискуча тверда речовина. Використовується як електроізолятор.

Кабелі від телевізора виготовлені з міді, вкритої пластиком. Поміркуйте, чому обрано саме ці два матеріали.

Які металічні хімічні елементи потрібні для росту та життєдіяльності / фізіологічних процесів рослин? До прикладу, чому Магній важливий для процесу фотосинтезу?

Поясніть, чому саме сталь, а не чисте залізо, використовується для будівництва мостів.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Прості речовини поділяють на метали та неметали. ✎ Метали зазвичай тверді, пластичні та добре проводять тепло й електричний струм. ✎ Неметали зазвичай мають низькі температури плавлення та кипіння.

Металічний елемент, неметалічний елемент, метал, неметал, металевий блиск, теплопровідність, електропровідність, пластичний, сплав.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу класифікувати речовини на метали та неметали. ✅ Я можу робити висновки за результатами дослідження. ✅ Я можу оцінювати план проведення експериментів та пропонувати варіанти їх покращення.

Метали, неметали, сплави © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108119

Розділ 4. Тема 6

Середовище розчинів та індикатори Будете навчатися:

● визначати кислотність і лужність середовища; ● вимірювати кислотність і лужність середовища; ● розрізняти і використовувати піктограми небезпеки.

Кислоти та луги Кислотність та лужність характеризують рН середовища фізичних тіл, що можна встановити індикаторами чи інструментально. Речовини, водні розчини яких мають кислотне або лужне середовище, містяться і в харчових продуктах, і в засобах побутової хімії. Наприклад, кислоти містяться у фруктах, кисломолочних продуктах. Речовини з лужною реакцією середовища (гідроксиди) містяться у зубній пасті, молоці (у магазинному пакуванні), миючих засобах. Такі речовини зазвичай є слабкими і нешкідливими, але все одно потребують дотримання правил безпечного поводження з ними, тому на тубі зубної пасти вказано «не ковтати».

Кислотне

Нейтральне

Лужне

0. Батарейка. 1. Шлунковий сік. 2. Лимон. 3. Газована вода. 4. Томати. 5. Кава. 6. Молоко. 7. Вода. 8. Кров. 9. Яєчний білок. 10. Таблетки від симптомів печії. 11. Розчин амоніаку. 12. Мило. 13. Відбілювач. 14. Очищувач труб.

Якщо речовина може завдати шкоди, то для попередження людей про небезпеку використовуються піктограми небезпеки, які вказують на необхідність дотримання правил безпечної поведінки, наприклад, використання захисних окулярів чи гумових рукавичок. Сильні кислоти або гідроксиди є їдкими — вони завдають шкірі опіків. Кислоти або гідроксиди, які не є їдкими, все одно можуть бути шкідливими, вони подразнюють шкіру (викликають почервоніння).

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Рис. 4.45. Піктограма помірної небезпеки (наприклад, «викликає подразнення шкіри або очей» або «шкідливо при ковтанні чи вдиханні»)

Рис. 4.48. Піктограма їдкої та корозійної небезпеки

Рис. 4.46. Піктограма гострої токсичної небезпеки

Рис. 4.49. Піктограма небезпеки займання

Рис. 4.47. Піктограма «Небезпечно для навколишнього середовища»

Рис. 4.50. Піктограма небезпеки для здоров’я

Попрактикуйтеся 1

Чому важливо, щоб на етикетках деяких товарів чи на пакованні були розміщені піктограми небезпеки?

Чому часто замість слів використовують символи?

Речовина може спричинити опіки шкіри та очей, якщо використовувати її, не дотримуючись правил безпечного поводження. Яку піктограму небезпеки потрібно помістити на ємність з цією речовиною?

Речовина може викликати почервоніння та свербіж шкіри за умови контактування з нею. Яку піктограму небезпеки (рис. 4.45–4.50) можна використати для ємності з цією речовиною?

Рис. 4.51. Натрій гідроксид

Завдання 4.7. Піктограми небезпеки Проаналізуйте етикетки на деяких речовинах або сумішах речовин, якими ви або ваша сім’я чи знайомі користуєтеся вдома. Це можуть бути засоби для чищення, мило або шампунь, харчові продукти і газовані напої, товари для творчості тощо.

Середовище розчинів та індикатори © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Рис. 4.52. Попередження про небезпеку на пляшці відбілювача білизни

Установіть, що означають піктограми небезпеки, якщо такі є, на обраних вами етикетках (рис. 4.52). Що означає відсутність піктограм небезпеки? Перевірте, чи є в складі обраних вами сумішей речовин кислоти або луги? (Підказка: луги є добре розчинними у воді гідроксидами. Розчин амоніаку також є лужним розчином). Створіть схему шкідливих впливів кожного з обраних вами побутових хімікатів на організм людини і довкілля.

Індикатори Хімічні речовини, які називають індикаторами, використовують, щоб визначити кислотність, нейтральність або лужність середовища. В різних середовищах вони по-різному змінюють колір. На підставі цього визначають кислотність досліджуваного розчину. Лакмус — це індикатор, який є червоним у кислотному, синім у лужному, а фіолетовим у нейтральному середовищі. Лакмусовий папірець — це папірець, просочений водним розчином лакмусу, а потім висушений. Після занурення в зразок досліджуваного розчину лакмусовий папірець може змінити колір, що свідчить про кислотність або лужність розчину.

Попрактикуйтеся 5

Розгляньте рис. 4.53, заповніть наступну таблицю кольорів лакмусового папірця у розчинах кислот і лугів. Чому важливо, щоб на етикетках деяких товарів чи на пакованні були розміщені піктограми небезпеки? Середовище

Рис. 4.53. Лакмусовий папірець у водних розчинах кислоти (ліворуч) і лугу (праворуч)

Колір лакмусового папірця

Кисле Нейтральне Лужне

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Універсальний індикатор — це індикатор, який може змінювати свій колір у широкому діа пазоні кольорів. Зміну кольору універсального індикатора використовують для оцінювання рівня кислотності або лужності розчину за шкалою pH (рис. 4.54). Шкала pH має діапазон від 0 до 14. Водні розчини речовин мають різні значення pH залежно від того, наскільки вони є сильними чи слабкими кислотами або лугами. Щоб оцінити рН водних розчинів, дослідники та дослідниці перевіряють зміну кольору універсального індикатора в ньому і порівнюють його з кольором, нанесеним на шкалу рН (рис. 4.55). Якщо колір зелений, то рН дорівнює 7. Це означає, що розчин нейтральний. Чим рН нижчий 7, тим вищу кислотність має розчин. Чим рН більший 7, тим більш лужним є розчин.

Рис. 4.54. Використання універсального індикатора для оцінювання рівня рН у розчині

Рис. 4.55. Оцінювання рН розчину

Попрактикуйтеся 6

У середньому pH шкіри людини становить близько 5,5. Які засоби догляду за шкірою будуть безпечнішими — з pH нижче, вище чи близьким до 5,5? Поясніть, які наслідки може мати контакт шкіри із засобами, кислотність яких суттєво відрізняється від цього значення.

Укажіть, якими є наведені нижче середовища (рис. 4.56): а) розчин, рН якого дорівнює 3; б) рідина з рівнем pH 8; в) речовина з рівнем рН 7; г) розчин з рівнем рН 14 ґ) розчин, у якому універсальний індикатор змінює забарвлення на рожеве.

Намалюйте та розфарбуйте власну шкалу рН і проілюструйте кожне значення рН прикладом.

Скористайтеся додатковими джерелами інформації та знайдіть назви і характеристики принаймні двох неописаних у цій темі індикаторів.

Рис. 4.56. Розчини з різними значеннями рН

Середовище розчинів та індикатори © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Зв’язки в науці Ви вже знаєте, що в організмі людини є захисні механізми від інфекційних захворювань. Наприклад, шлунковий сік може пошкодити або знищити мікроорганізми, не даючи їм можливості викликати хворобу, оскільки містить хлоридну кислоту. Якого кольору набуде лакмусовий папірець у шлунковому соку?

Завдання 4.8. Виявлення кислот і лугів Сплануйте дослідження водних розчинів побутових хімікатів, харчових продуктів для визначення їхнього середовища і значення рН. Вирішіть, як ви будете оцінювати значення рН досліджуваних речовин або сумішей. 1. Пригадайте правила безпечного поводження з кислотами і лугами. Уникайте контакту кислот та лугів зі шкірою та очима. Використовуйте халат, гумові рукавички та захисні окуляри. 2. Оберіть побутові хімікати або харчові продукти, які будете досліджувати. Це можуть бути, наприклад, шампунь, рідке мило, оцет, апельсиновий сік, зубна паста, водопровідна вода тощо. 3. Як ви думаєте, які з обраних вами сумішей матимуть кислотне, нейтральне та лужне середовище? Свої прогнози занотуйте в таблиці. У сусідньому стовпчику спрогнозуйте значення рН кожної суміші. 4. Складіть список реактивів і обладнання, які вам знадобляться для цього експерименту. Врахуйте всі заходи безпечної поведінки з реактивами. Укажіть назву індикатора, який ви використовуватимете. Поясніть, чому ви обрали саме цей індикатор. 5. Результати дослідження оформіть у вигляді таблиці. Оцініть реальність своїх прогнозів.

Наука в дії. Кислотність і лужність ґрунтів Кислотність або лужність є важливими показниками фізико-хімічних властивостей ґрунтів. Кислотні ґрунти є несприятливими для більшості ґрунтових мікроорганізмів і культур.

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Ґрунти з високою лужністю є в’язкими, липкими, характеризуються низькою водопроникністю. Від рН ґрунту залежить рухомість поживних речовин, необхідних для рослин. Хвойні ліси та сфагнові мохи сприяють підвищенню кислотності ґрунтів. Для ґрунтів листяних лісів і трав’яної рослинності більш характерне лужне середовище. Буроземи пралісів Українських Карпат характеризуються високою кислотністю, і за цією властивістю вони не мають аналогів в Україні. Дізнайтеся, які значення pH є оптимальними для росту культурних рослин. Наведіть приклади.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Кислоти та гідроксиди містяться в багатьох побутових хімікатах. ✎ Шкала pH від 0 до 14 показує, наскільки кислотним або лужним є розчин. ✎ Чим ближчий pH до 0, тим вища кислотність середовища водного розчину. ✎ Чим ближчий pH до 14, тим вища лужність середовища водного розчину. ✎ Рівень pH нейтральних водних розчинів дорівнює 7. ✎ Індикатор змінює колір у кислотному або лужному середовищах.

Кислота, кислотне середовище, луг, лужне середовище, корозійний, піктограма небезпеки, індикатор, лакмус, нейтральне середовище, шкала рН, діапазон, універсальний індикатор, їдкий, гідроксид.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу аналізувати піктограми небезпеки та враховувати їх під час планування експерименту та використання побутових хімікатів. ✅ Я можу визначати кислотність і лужність середовища. ✅ Я можу визначити середовище розчину за значенням рН і вказати діапазон значень рН за середовищем розчину.

Середовище розчинів та індикатори © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Унаслідок хімічної реакції хлоридної кислоти з магнієм утворюється магній хлорид (MgCl2). Що таке магній хлорид? А

хімічний елемент;

В проста речовина;

складна речовина;

Г суміш.

2. Скориставшись періодичною таблицею хімічних елементів, визначте, які з названих елементів є металічними, а які — неметалічними. А

Купрум;

В Неон;

Фосфор;

Г Барій.

3. Заповніть пропуски в тексті, використовуючи подані нижче слова. твердий

хімічний

простий

низький

лужний

чистий

Реакційна здатність і горючість належать до властивостей речовин. Розчин, значення pH якого більше 7, є . Частинки у речовині торкаються одна одної. речовини містять атоми лише одного хімічного елемента. речовина містить лише одну просту або складну речовину. Неметали часто мають температури плавлення та кипіння.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 4. У таблиці наведено діапазон рН для різних кольорів універсального індикатора. Учень дослідив п’ять зразків за допомогою розчину універсального індикатора. Заповніть таблицю, поставивши одну галочку ( ) в кожному рядку, щоб вказати на основі отриманих учнем результатів, чи є досліджуваний зразок кислотою, лугом або нейтральною речовиною.

✅

Колір індикатора

Червоний

Помаранчевий

Жовтий

Зелений

Синій

Фіолетовий

рН

0–3

4–5

8–10

11–14

Будова та властивості речовин © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Досліджуваний зразок

Універсальний індикатор

Зубна паста

Синій

Оцет

Червоний

Молоко

Жовтий

Вода дистильована

Жовтий

Засіб для чищення духових шаф

Фіолетовий

Кислота

5. У таблиці нижче показано рН чотирьох різних зразків ґрунту, які позначені літерами А, Б, В, Г. Проаналізувавши дані, наведені в таблиці, дайте відповіді на запитання: а) Який зразок ґрунту є нейтральним? б) Капуста краще росте в лужному ґрунті. Який зразок ґрунту найкраще підходить для вирощування капусти? в) Картопля краще росте в кислому ґрунті. Який зразок ґрунту найкраще підходить для її вирощування?

Луг

Нейтральна

Зразок ґрунту

рН ґрунту

5.0

7.4

7.0

4.7

6. Поміркуйте, чим відрізняються атоми Стануму (50-й елемент у періодичній таблиці хімічних елементів) від атомів Гелію (2-й елемент).

ІІІ. Проводжу дослідження природи 7. Сплануйте і проведіть експеримент, щоб виміряти температуру кипіння водопровідної води. Дослід можна проводити лише з дорослими! 8. В ягодах, квітах, овочах міститься багато речовин, які змінюють свій колір в лужному чи кислотному середовищі. Створіть власні індикатори, використавши на вибір відвари чорниці, ожини, бузини, чорної смородини, висушених квітів, соки столового буряку і червонокачанної капусти тощо. Перевірте, чи однаковий колір будуть мати виготовлені індикатори в розчині соди та лимонному соку? 9. Поясніть, чому науковці та науковиці вважають універсальний індикатор практичнішим за лакмус. 10. Чому більшість мостів будують зі звичайної сталі, а не з нержавіючої?

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Хімічні реакції

Розділ

На фото ви можете бачити геологічний заказник «Базальтові стовпи», що створений на базі Івано-Долинського родовища базальтів у Рівненській області. На території заказника є глибоке смарагдове озеро, що утворилося на місці видобутку базальту після затоплення кар’єру підземними водами. Крім великих покладів базальтів, на цій території були виявлені різні мінерали.

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● про особливості утворення речовин внаслідок хімічних реакцій; ● про особливості виявлення водню, кисню, вуглекислого газу; ● що таке осад, утворений внаслідок хімічної реакції; ● як досліджувати зміни рівня рН у процесі реакції нейтралізації. У цьому розділі ви навчитеся: ● записувати схему хімічної реакції; ● прогнозувати перебіг експерименту; ● визначати розчинність речовин у воді; ● визначати рівень pH. rnk.com.ua/108120

rnk.com.ua/108121

Розділ 5. Тема 1

Хімічна реакція, хімічне рівняння Будете навчатися:

● записувати схеми хімічних реакцій; ● спостерігати за фізичними змінами, які супроводжують хімічні реакції; ● встановлювати особливості виявлення кисню, водню, вуглекислого газу; ● дотримуватися правил безпечної поведінки з речовинами.

Схема хімічної реакції Хімічна реакція — це явище, під час якого одні речовини перетворюються на інші речовини. Речовини, що вступають у хімічну реакцію, називаються реагентами, а речовини, що утворюються внаслідок реакції, — продуктами. Для запису хімічних перетворень використовують схеми хімічних реакцій. Наприклад, під час горіння магнію в повітрі магній і кисень реагують, утворюючи магній оксид (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Магній горить у повітрі яскравим білим світлом і виділяється теплота

Хімічну реакцію горіння магнію в повітрі можна записати у формі текстової схеми:

магній

кисень

магній оксид

Реагенти

Продукт

Назви реагентів записуються ліворуч, а назви продуктів — праворуч. Стрілка напрямлена від реагентів до продуктів та означає, що продукти утворюються з реагентів. Графічна схема хімічної реакції — схема хімічної реакції на основі моделей частинок речовин. У графічній схемі атоми, молекули, йони зображують у вигляді кружечків на площині або кульок у просторі. Послідовність сполучення цих кружечків або кульок відображає спосіб, у який структурні одиниці речовини сполучені між собою. Хімічна реакція, хімічне рівняння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

101

Щоб побудувати графічну схему хімічної реакції, треба в текстовій схемі замінити назви реагентів і продуктів на відповідні моделі речовин, які можуть складатися з атомів, молекул і йонів (рис. 5.2).

магній кисень магній магній кисень магній оксид оксид Рис. 5.2. Атоми Магнію та Оксигену перегруповуються і, сполучаючись один з одним, утворюють складну речовину — магній оксид

Атоми хімічних елементів не утворюються й не руйнуються під час хімічних реакцій, вони просто сполучаються один з одним у різний спосіб. Атоми різних хімічних елементів варто розфарбувати на графічній схемі хімічної реакції у різний колір. Однакова кількість атомів кожного виду ліворуч і праворуч буде демонструвати закон збереження маси речовин. Маса реагентів дорівнює масі продуктів хімічної реакції. Формульна схема хімічної реакції містить хімічні формули реагентів та продуктів, але не відповідає закону збереження маси. Відображенням закону збереження маси речовин у хімічних реакціях є хімічне рівняння, у лівій і правій частинах якого міститься однакова кількість атомів відповідних хімічних елементів (тоді стрілку можна замінити на знак «дорівнює»).

Mg + O2

MgO

Реагенти

Продукт

Попрактикуйтеся 1 2

Поясніть, як за графічною схемою хімічної реакції (рис. 5.2) можна визначити, що магній і магній оксид перебувають у твердому стані, а кисень — у газоподібному. Суміш алюмінію з ферум(III) оксидом називають термітом і використовують для зварювання залізних труб і рейок. Алюміній реагує з ферум(ІІІ) оксидом, внаслідок чого утворюються залізо й алюміній оксид. Складіть текстову та графічну схеми цієї хімічної реакції.

102

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Утворення сполук Магній і кисень — це прості речовини. Магній — це світло-сірий метал, а кисень — безбарвний газ. Вони реагують з утворенням магній оксиду. Магній оксид — це складна речовина, утворена атомами двох хімічних елементів (Магнію і Оксигену). Властивості магній оксиду відрізняються від властивостей простих речовин, з яких він утворений (рис. 5.3).

Фізичні зміни, які супроводжують хімічні реакції

Рис. 5.3. Коли магній (а) нагрівають, він реагує з киснем повітря, утворюючи білу тверду речовину (б) — магній оксид

Спостерігаючи за перебігом хімічних реакцій, фіксують одну або кілька таких фізичних змін: виділення газу; зміна кольору речовини (наприклад, зміна кольору крові, збагаченої киснем чи вуглекислим газом); утворення чи розчинення осаду; появу, зникнення чи зміну запаху (наприклад, поява запаху при псуванні їжі); виділення чи поглинання теплоти; поява полум’я, іноді — світіння. Явищами, що супроводжують хімічну реакцію горіння магнію в атмосфері кисню, є виділення теплоти, світла (рис. 5.4) та зміна кольору, оскільки утворений магній оксид — речовина білого кольору. Під час взаємодії натрій гідрогенкарбонату (харчової соди) з розчином етанової кислоти (оцтом) виділяються бульбашки вуглекислого газу (рис. 5.5). Реагенти та продукти можуть мати різний колір, — тоді спостерігаємо зміну кольору речовин. Наприклад, якщо опустити цинкову пластину в розчин купрум(ІІ) сульфату, розчин змінить колір з синього на безбарвний (рис. 5.6).

Рис. 5.4. Утворення іскор унаслідок горіння магнію на повітрі

Рис. 5.5. Взаємодія натрій гідрогенкарбонату та етанової (оцтової) кислоти

Хімічна реакція, хімічне рівняння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

103

Це відбувається, оскільки внаслідок хімічної реакції утвориться розчин цинк сульфату. На сірій цинковій пластині осяде чиста мідь червоно-коричневого кольору.

Рис. 5.6. Взаємодія цинку з розчином купрум(ІІ) сульфату

Попрактикуйтеся 3

Опишіть фізичні зміни, які супроводжують такі хімічні реакції: а) горіння сірника; б) іржавіння заліза; в) бродіння виноградного соку.

Рис. 5.7. Взаємодія безбарвних розчинів плюмбум(ІІ) нітрату та калій йодиду

Унаслідок зливання деяких розчинів може утворюватися нерозчинна у воді тверда речовина, яка випадає в осад. Наприклад, унаслідок змішування безбарвних розчинів плюмбум(ІІ) нітрату та калій йодиду утворюється жовтий осад плюмбум(ІІ) йодиду (рис. 5.7).

Виявлення водню Коли цинк реагує з розведеною сульфатною або хлоридною кислотою в пробірці, виділяються бульбашки газу водню (рис. 5.8). Але в пробірці також є і повітря, а значить і кисень. Суміш водню і кисню — вибухонебезпечна. Для виявлення водню в пробірці піднесіть запалену скіпку до отвору пробірки з реакційною сумішшю. Оскільки об’єм пробірки невеликий, вибух суміші водню та кисню супроводжується лише коротким різким звуком. Що менше кисню в пробірці, то слабшою буде реакція і тихішим — звук. Так перевіряють чистоту водню під час його одержання. газовідвідна трубка запалена скіпка

розведена хлоридна кислота гранули цинку

бульбашки водню мильний розчин

Заборонено закривати посуд, в якому внаслідок хімічної реакції накопичуються гази, не можна підпалювати гази безпосередньо в посудині, в якій їх збирають.

Рис. 5.8. Реакція цинку з розведеною хлоридною кислотою та виявлення утвореного водню

104

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Виявлення кисню У лабораторії кисень одержують з речовин, що містять атоми Оксигену, та при розкладі утворюють кисень, наприклад, з гідроген пероксиду. За звичайних умов розбавлений розчин гідроген пероксиду є досить стійким, розкладається надто повільно. Але за наявності манган(IV) оксиду або деяких біологічних каталізаторів відбувається швидке розкладання гідроген пероксиду з виділенням кисню. Для підтвердження наявності кисню користуються жевріючою скіпкою. При внесенні в кисень вона спалахує (рис. 5.9).

Виявлення вуглекислого газу Кальцій карбонат реагує з розведеною хлоридною кислотою з виділенням бульбашок вуглекислого газу (він також виділяється під час видиху людини та тварин). Щоб підтвердити, що утворений внаслідок хімічної реакції газ є карбон(IV) оксидом (вуглекислим газом), потрібно пропустити його через вапняну воду (розчин кальцій гідроксиду). За наявності карбон(IV) оксиду вапняна вода мутніє, бо утворюється кальцій карбонат — практично нерозчинна у воді речовина, яка випадає в осад (рис. 5.10).

Рис. 5.9. Виявлення кисню

карбон(IV) оксид

газовідвідна трубка

помутніння вапняної води при пропусканні вуглекислого газу через неї

Рис. 5.10. Виявлення вуглекислого газу

Попрактикуйтеся 4

У закоркованих посудинах містяться азот, вуглекислий газ та кисень. Як поміж цих газів виявити кисень?

Опишіть, як за допомогою жевріючої скіпки з’ясувати, що внаслідок хіміч ної реакції утворюється водень, а не кисень.

Виявлення ризиків Наявність потенційної небезпеки створює ризик. Під час проведення хімічного експерименту можуть виникати різні види небезпеки. Хімічна реакція, хімічне рівняння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

105

Небезпека може бути спричинена речовинами: деякі з них можуть спричинити запаморочення, отруєння, опіки, а легкозаймисті — пожежу. Слід звертати увагу на піктограми небезпеки на речовинах, які використовуються під час хімічного експерименту. Здійснювати хімічний експеримент можна тільки після усвідомлення послідовності дій та вивчення властивостей речовин, які потрібно одержати і використовувати. Перед початком проведення дослідів слід визначити можливу небезпеку та спланувати, як контролювати появу ризиків (зменшити ймовірність заподіяння шкоди). Таблиця 5.1. Виявлення небезпеки та контроль ризиків під час експерименту Експеримент

Небезпека

Контроль ризиків

Виявлення вуглекислого газу за допомогою вапняної води

Вапняна вода — розчин лугу, який може спричинити опіки очей та шкіри

Одягайте захисні окуляри та уникайте контакту речовин зі шкірою. Вимийте руки після завершення роботи з речовинами

Наливання гарячої рідини в пробірку

Можливе розтріскування пробірки, пробірка може розбитися, завдати порізів, якщо до неї доторкнутися. Розлиття гарячої води може спричинити опіки

Повідомте учителя / учительку, якщо випадково розбили скляну посудину або вона тріснула під час нагрівання. Не піднімайте розбите скло самостійно

Завдання 5.1. Визначення ризиків Семен збирається здійснити хімічну реакцію, щоб отримати магній оксид. Він планує утримувати смужку магнію в полум’ї пальника, доки не спостерігатиме появу сліпучих іскр. Цей експеримент може завдати шкоди Семену та людям, які його оточують. 1. Визначте можливі небезпеки та оцініть наслідки й ризики для здоров’я Семена, коли він виконуватиме експеримент. 2. Складіть таблицю можливих небезпек та ризиків за зразком таблиці 5.1.

106

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Наука в дії. Хімічна промисловість України Тисячі хімічних реакцій використовуються для виготовлення промислової продукції. Використання знань про хімічні реакції на території України відбувалося ще в давнину й було пов’язане з виплавлянням металів, виготовленням кераміки, пороху тощо. До сировинної бази хімічної промисловості України належать нерудні корисні копалини (кухонна сіль, фосфорити, калійні солі (рис. 5.11), апатити, самородна сірка тощо), паливна та рудна сировина (природний газ, нафта, вугілля, торф, титанові руди, горючі сланці) та ін. Провідними галузями хімічної промисловості України є виробництво мінеральних добрив, сульфатної кислоти, соди, полімерних матеріалів, лаків, фарб тощо.

Підсумки

Рис. 5.11. Соляна шахта у м. Стебник Дрогобицького району Львівської області. Одне з найбільших родовищ калійних солей в Україні

Ключові поняття

✎ Для моделювання хімічних реакцій використовуються формульні схеми. ✎ Властивості продуктів хімічної реакції відрізняються від властивостей реагентів. ✎ Маса реагентів дорівнює масі продуктів хімічної реакції. ✎ Висновок про перебіг хімічної реакції можна зробити, спостерігаючи за фізичними змінами, які її супроводжують. ✎ Водень, кисень, вуглекислий газ можна виявити за допомогою відповідних хімічних реакцій.

Модель, продукт, реагент, схема хімічної реакції, закон збереження маси, речовина, осад, вапняна вода, небезпека, ризик

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу записати схему хімічної реакції за допомогою назв реагентів і продуктів. ✅ Я можу зображувати схеми хімічних реакцій, використовуючи моделі речовин. ✅ Я можу враховувати потенційну небезпеку та ризики під час планування експерименту.

Хімічна реакція, хімічне рівняння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

107

rnk.com.ua/108122

Розділ 5. Тема 2

Процес осадження Будете навчатися:

● визначати розчинність речовин; ● спостерігати за утворенням осадів унаслідок зливання розчинів речовин; ● записувати текстові та структурні схеми хімічних реакцій, унаслідок яких утворюються нерозчинні у воді речовини.

сіль

вода

перемішати

однорідна суміш

пісок

вода

перемішати неоднорідна суміш

Розчинні та нерозчинні у воді речовини

Рис. 5.12. Генічеське солоне озеро у Херсонській області, є сировинною базою соляної промисловості

Рис. 5.13. Розчин купрум(ІІ) сульфату (мідного купоросу) є прозорим і блакитним

Розчин є однорідною сумішшю двох або більше речовин. Речовини можуть змішуватися з водою, утворюючи прозорі або каламутні суміші. Розчини можуть бути кольоровими або безбарвними. Речовини поділяють на розчинні, малорозчинні й практично нерозчинні. Наприклад, натрій хлорид — це звичайна кухонна сіль. В Україні родовища кам’яної солі зосереджені на Донбасі, у Дніпровсько-Донецькій западині, на Передкарпатті, Закарпатті та в озерах і лиманах Чорного й Азовського морів (рис. 5.12). Кухонна сіль розчиняється у воді, подрібнюючись до йонів та утворюючи безбарвний розчин натрій хлориду. Розчин купрум(ІІ) сульфату має синій колір, але крізь нього все одно можна дивитися, тому що він прозорий (рис. 5.13). Частинки нерозчинних речовин зависають у воді, суміш стає каламутною, але з часом ці частинки осідають на дно посудини.

108

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Крейда (кальцій карбонат) — це практично нерозчинна біла тверда речовина. Якщо змішати порошок кальцій карбонату з водою, утвориться каламутна суміш води і крейди (рис. 5.14). Абсолютно нерозчинних у воді речовин не існує. Розчинність речовин у воді можна визначити за допомогою таблиці розчинності.

Рис. 5.14. Розчин натрій хлориду прозорий і безбарвний, а суміш кальцій карбонату з водою має каламутно-білий колір

Попрактикуйтеся 1

Наведіть приклади розчинних, малорозчинних та практично нерозчинних у воді речовин.

Осади Багато хімічних реакцій відбуваються у водних розчинах. Деякі розчинні речовини реагують у розчинах з утворенням одного або кількох нерозчинних продуктів. Утворені нерозчинні речовини зазвичай є результатом комбінації йонів, присутніх у розчині. Нерозчинний продукт, що утворюється внаслідок хімічної реакції між речовинами у розчинах, називається осадом. Оскільки осад не може розчинитися в реакційній суміші, вона стає каламутною. Хімічна реакція, унаслідок якої утворюється осад, називається реакцією осадження.

Моделювання реакцій осадження Для моделювання хімічних реакцій осадження можна використовувати текстові, структурні схеми та схеми з допомогою хімічних формул. Нижче наведено текстову схему хімічної реакції осадження, яку зафіксовано на фото (див. рис. 5.15), що призводить до утворення темно-синього осаду купрум(ІІ) гідроксиду.

Рис. 5.15. Взаємодія розчину купрум(ІІ) сульфату з безбарвним розчином натрій гідроксиду

109

Процес осадження © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

купрум(ІІ) сульфат + натрій гідроксид

купрум(ІІ) гідроксид + натрій сульфат

На цій текстовій схемі представлені назви реагентів і продуктів, але неможливо побачити, що відбувається з частинками реагуючих та утворених речовин у процесі хімічної реакції. Хімічне рівняння: CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4 Графічна схема цієї реакції має такий вигляд: + купрум(ІІ) сульфат

+ натрій гідроксид

купрум(ІІ) гідроксид

натрій сульфат

Рис. 5.16. Купрум(ІІ) сульфат і натрій гідроксид обмінюються своїми складовими частинами

Зв’язки в науці

вапняна вода стає молочного кольору

вапняна вода

Рис. 5.17. Підтвердження виділення вуглекислого газу внаслідок дихання

Вивчаючи розділ «Особливості організації живого», ви розглядали дихання як складний хімічний процес, унаслідок якого виділяється вуглекислий газ. Реакція з вапняною водою, яку використовують для виявлення вуглекислого газу (карбон(IV) оксиду), є прикладом реакції осадження. Вапняна вода — це розчин кальцій гідроксиду. Він реагує з карбон(IV) оксидом і перетворюється на кальцій карбонат, що випадає в осад (рис. 5.17). Які з цих реагентів і продуктів є розчинними, а які — нерозчинними?

Графічна схема хімічної реакції, представлена на рис. 5.16, є обмеженою, оскільки вона не повністю демонструє хімічний склад реакційної суміші. На схемі не видно, що сульфат-йон містить один атом Сульфуру і чотири атоми Оксигену, а гідроксид-йон містить один атом Оксигену і один атом Гідрогену. А формульна схема хімічної реакції містить цю інформацію. Але жодна з названих схем не показує сили, що утримують структурні одиниці речовин разом. Також за допомогою цих схем неможливо визначити, чи є речовина розчинною або нерозчинною.

110

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 5.2. Прогнозування реакцій осадження 1. Розчинність багатьох речовин у воді наведено в таблиці розчинності кислот, гідроксидів і солей, деякі відомості з якої зібрано у таблиці 5.2. Проаналізуйте дані таблиці 5.2 і дізнайтеся, які гідроксиди і солі розчиняються у воді. 2. Використайте відомості таблиці 5.2 для прогнозування реакцій осадження. Таблиця 5.2. Поширені розчинні та нерозчинні речовини Розчинні речовини

Нерозчинні речовини

солі Натрію, Калію; всі нітрати

більшість ортофосфатів

більшість хлоридів

арґентум хлорид

більшість сульфатів

барій сульфат, кальцій сульфат

натрій карбонат, натрій гідроксид

більшість карбонатів і гідроксидів

Арґентум нітрат і натрій хлорид є розчинними речовинами. Якщо змішати розчини цих речовин, то внаслідок хімічної реакції утворюються арґентум хлорид і натрій нітрат. Натрій нітрат, згідно з інформацією таблиці 5.2, розчинний, а аргентум хлорид випадає в осад, оскільки він нерозчинний. Таким чином, можна спрогнозувати утворення осаду внаслідок хімічної реакції. Це припущення легко потім перевірити в лабораторії. Однак за таблицею розчинності неможливо передбачити колір осаду. Зокрема, не можна дізнатися, що осад арґентум хлориду має білий колір, а осад ферум(ІІ) гідроксиду — зеленуватий (рис. 5.18). 3. З’ясуйте, розчинними чи нерозчинними є на трій сульфат та купрум(ІІ) гідроксид. 4. Спрогнозуйте, що ви спостерігатимете, якщо розчин натрій гідроксиду додасте до розчину купрум(ІІ) сульфату. 5. Висловіть припущення, що ви спостерігатимете, якщо розчин барій нітрату додасте до розчину натрій сульфату.

Рис. 5.18. Осади купрум(ІІ) гідроксиду, ферум(ІІІ) гідроксиду і ферум(ІІ) гідроксиду відповідно

111

Процес осадження © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 2

Унаслідок реакції утворилися барій карбонат і натрій хлорид. Спрогнозуйте, розчини яких речовин використали для здійснення цієї реакції.

Наведіть приклад розчинної у воді солі, внаслідок взаємодії якої як у водному розчині з барій хлоридом, так і з лугом утворюється осад. Складіть текстову та графічну схеми хімічних реакцій.

Наука в дії. Видалення ртуті

Рис. 5.19. Забруднена вода, що містить сполуки Меркурію, може потрапляти в річки з заводів і шахт

Тисячі хімічних реакцій використовуються для виготовлення промислової продукції. Використання знань про хімічні реакції на території України відбувалося ще в давнину й було пов’язане з виплавлянням металів, виготовленням кераміки, пороху тощо. Для видалення сполук Меркурію з води застосовують реакції осадження. Для цього розчинний алюміній сульфат додають у воду на водоочисних станціях. Унаслідок реакції утворюється осад меркурій(ІІ) сульфату, який потрібно відфільтрувати та видалити з води.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Розчинні речовини здатні розчинятися у певному розчиннику. ✎ Практично нерозчинні речовини майже не розчиняються в розчинниках. ✎ Осад — це нерозчинний продукт, який утворюється внаслідок хімічної реакції між речовинами у водних розчинах. Осад може утворитися і не внаслідок хімічної реакції (наприклад, у соках чи газованих напоях під час зберігання).

Практично нерозчинна речовина, розчинна речовина, розчин, осад, осадження.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу встановити розчинність деяких речовин за таблицею розчинності. ✅ Я можу спрогнозувати продукти хімічної реакції осадження. ✅ Я можу описати хімічні реакції осадження за допомогою текстових та структурних схем.

112

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108123

Розділ 5. Тема 3

Реакція нейтралізації ● розрізняти реакцію нейтралізації з-поміж усіх інших;

Будете навчатися:

● досліджувати зміни рівня рН у процесі даної реакції; ● обговорювати особливості вимірювання та оцінювання рівня рН; ● оцінювати достовірність результатів вимірювань.

Вимірювання та оцінка рівня рН У попередніх темах ви вже знайомилися з індикаторами. Виміряти рН розчину можна за допомогою рН-метра. Прилад містить рН-зонд, підключений до вимірювача. На рис. 5.20 показано лабораторний рН-метр із зондом, підключеним за допомогою кабеля. Існують також менші за розміром рН-метри з конструкцією «все в одному». Пригадайте, як ви можете визначити рН розчину за допомогою універсального індикатора. Індикатори підібрані таким чином, що утворюють веселку кольорів від червоного до фіолетового (рис. 5.21). Достатньо лише кількох крапель розчину індикатора в тестовому розчині і нанесення невеликої краплі тестового розчину на індикаторний папір, щоб визначити рН розчину. У кожному випадку визначають рівень рН, зіставляючи колір індикатора з найближчим до нього на кольоровій шкалі рН.

Рис. 5.20. рН-метр

Рис. 5.21. Універсальний індикаторний папір та кольорова шкала рН

Попрактикуйтеся 1

Розгляньте колір використаної смужки універсального індикаторного паперу на рис. 5.21. Який висновок можна зробити про досліджуваний розчин?

Якого кольору набуде універсальний індикатор, якщо його занурити в нейтральний розчин?

Реакція нейтралізації © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

113

Попрактикуйтеся 3

Для чого в борщ під час приготування можуть додавати оцет або лимонний сік? Як пов’язаний яскравий колір борщу з рівнем його рН?

Реакція нейтралізації

кислота

основа

сіль

вода

Рис. 5.22. Схема реакції нейтралізації хлоридної кислоти натрій гідроксидом

Якщо додати кислоту до лугу, відбудеться хімічна реакція. Утвориться вода, а також розчинна або нерозчинна у воді сіль. Взаємодію лугу з кислотою називають реакцією нейтралізації. Якщо змішати відповідні кількості кислоти й лугу, утвориться нейтральний розчин (рис. 5.22). Під час реакції нейтралізації змінюється кислотність середовища (рівень рН). Коли до розчину кислоти (значення рН менше 7) поступово додають розчин лугу (значення рН більше 7), в результаті реакції нейтралізації рівень кислотності розчину зменшується, а pH наближається до 7. Після досягнення рН = 7 розчин стає нейтральним. Якщо ж додати луг в кількості, що перевищує необхідну для повної нейтралізації кислоти, утвориться надлишок лугу, і середовище стане лужним. У такому випадку значення рН розчину перевищить 7.

Попрактикуйтеся додавайте по одній краплі лугу і рахуйте краплі

розбавлена кислота плюс універсальний індикатор

Опишіть, як можна контролювати появу ризиків (зменшити ймовірність заподіяння шкоди), працюючи з кислотами та лугами під час здійснення реакції нейтралізації.

Розгляньте рис. 5.23. Чи всі можливі заходи проведені, щоб уникнути контакту реагентів зі шкірою та очима під час здійснення реакції нейтралізації?

Рис. 5.23. Здійснення реакції нейтралізації

114

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Наука в дії. Антациди Реакцію нейтралізації використовують у повсякденні. Наприклад, для лікування розладів травлення. Шлунок виробляє хлоридну кислоту, яка допомагає перетравлювати їжу і захищає від інфекцій. Іноді шлункового соку може виділятися занадто багато або він може потрапити зі шлунка в горло. У такому випадку через надлишок хлоридної кислоти може виникнути печія та інші неприємні симптоми. Антациди містять речовини, які нейтралізують частину хлоридної кислоти в шлунку (рис. 5.24). Це полегшує неприємні симптоми печії, але не усуває її причину.

Стравохід

Антацид

Шлунок

Надлишок хлоридної кислоти Рис. 5.24. Здійснення реакції нейтралізації

Завдання 5.3. Дослідження процесу нейтралізації На пляшечках з кислими розчинами побутових хімікатів часто зображені піктограми небезпеки. При потраплянні на шкіру кислоти здатні спричинити опіки, тому поводження з ними вимагає особливої уваги й обережності. Сплануйте експеримент, щоб визначити, у якому з трьох розчинів міститься більше кислоти. 1. Пригадайте правила безпечного поводження з кислотами й лугами. Використовуйте халат, рукавички та захисні окуляри. 2. Підготуйте необхідні для проведення експерименту реактиви й обладнання. 3. Зробіть прогноз вашого дослідження. 4. Показник рН середовища на початку експерименту та при додаванні розчину лугу є залежною змінною вашого дослідження. Незалежна змінна — об’єм розчину лугу, необхідний для нейтралізації розчину кислоти. Контрольні змінні — тип лужного розчину, його концентрація, тип індикатору. 5. Підготуйте таблицю для фіксування результатів.

Реакція нейтралізації © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

115

6. За допомогою піпетки додавайте в пробірки з розчинами досліджуваних побутових хімікатів по кілька крапель вибраного розчину лугу. Підраховуйте кількість доданих крапель цього розчину. 7. Після кожного додавання розчину лугу визначайте рН розчинів досліджуваних побутових хімікатів. Повторюйте процедуру доти, доки не визначите, що у процесі здійснення реакції нейтралізації отримали нейтральний розчин (pH = 7). У таблиці результатів зафіксуйте, скільки крапель розчину для нейтралізації, було додано до кожного досліджуваного розчину. 8. Проаналізуйте результати дослідження. 9. Зробіть висновок, визначивши, чи був ваш прогноз правильним.

Попрактикуйтеся 6

Бджоли та оси — це комахи, які використовують жало для самозахисту. Рівень рН бджолиної отрути становить 2, а осиної — 10. Визначте рН розчину, який можна використати для нейтралізації укусу бджоли та укусу оси.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Реакція нейтралізації — це хімічна реакція, яка відбувається за взаємодії кислоти та лугу. ✎ Рівень рН розчину можна виміряти за допомогою рН-метра, а визначити — за допомогою універсального індикатора та кольорової шкали рН. ✎ При поступовому додаванні до розчину кислоти (значення pH менше 7) розчину лугу (значення pH більше 7) в результаті реакції нейтралізації рівень кислотності розчину зменшується, а pH наближається до 7.

Індикатор, універсальний індикатор, реакція нейтралізації, змінна, незалежна змінна, залежна змінна, контрольна змінна.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу визначати залежну, незалежну та контрольну змінні дослідження. ✅ Я можу підбирати обладнання для збору даних і формулювання висновків дослідження. ✅ Я дотримуюся правил безпечного поводження з речовинами.

116

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. За допомогою чого можна виявити вуглекислий газ? А

жевріючої скіпки;

вапняної води;

Г кисню.

заліза;

2. Вкажіть назву складної речовини. А

Магній;

Аргентум нітрат;

Г Сталь.

Морська вода;

3. Заповніть пропуски в тексті, використовуючи подані нижче прикметники. текстова

нерозчинна

нейтральний

кислотний

Рис. 5.25. Аргентум нітрат

графічна

розчинна

Схема хімічної реакції на основі моделей частинок речовин є . Схема хімічної реакції, що містить назви реагентів і продуктів, називається . Осад — тверда речовина, яка утворюється здебільшого внаслідок взаємодії розчинних речовин у водних розчинах. речовина розчиняється у воді з утворенням розчину. Розчин, значення pH якого менше 7, є . Коли кислота і луг взаємодіють у розчині, середовище розчину стає .

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 4. Скористайтеся таблицею розчинності кислот, гідроксидів і солей у воді у Темі 2 Розділу 5 та проаналізуйте дії учениці. Учениця додає розчин натрій сульфату до розчину барій гідроксиду та до розчину купрум(ІІ) хлориду. а) Зробіть прогноз щодо утворення осаду в обох реакційних сумішах. б) Назвіть осад, який може утворитися. в) Запропонуйте назви двох речовин, розчини яких учениця повинна змішати, щоб отримати осад ферум(ІІІ) гідроксиду.

117

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

5. У лабораторіях використовують індикатори для визначення середовища водних розчинів. Учень використав наступну кольорову шкалу для випробування різних розчинів індикаторами. Індикатор

рН 1

рН 4

рН 7

рН 10

рН 13

Метилоранж

Червоний

Рожевий

Оранжевий

Жовтий

Фенолфталеїн

Безбарвний

Рожевий

Доповніть таблицю, вказавши відсутні кольори індикаторів. Розчин

Колір в розчині індикатора Метилоранж

Фенолфталеїн

Лимонний сік

Рожевий

Безбарвний

Оцет

Червоний

Відбілювач білизни

Малиновий

Мильний розчин

Малиновий

а) Який з названих розчинів у таблиці має найвищу кислотність? б) Запропонуйте додаткове випробування для визначення розчину з найвищою лужністю. 6. Пляшка в лабораторії містить таку піктограму на етикетці. Чому під час роботи з цією речовиною слід одягати захисні окуляри?

ІІІ. Проводжу дослідження природи 7. Проведіть експеримент з вимірювання змін pH за додавання лугу до кислоти. 8. Здійсніть хімічну реакцію осадження з доступними вам побутовими хімікатами.

CuCO3

CuO CO2

CuCO3 → CuO + CO2

9. Учень нагріває зелений порошок купрум(ІІ) карбонату. Порошок почав розкладатися й почорнів. а) Укажіть ознаки того, що відбулася хімічна реакція. б) Учень вважає, що внаслідок цієї хімічної реакції утворився карбон(IV) оксид (вуглекислий газ). Опишіть випробування, яке може це підтвердити або спростувати. 10. Хлоридна кислота реагує з натрій гідроксидом. Унаслідок реакції утворюється натрій хлорид і вода. Чи можна побачити осад поміж продуктів цієї реакції? Поясніть відповідь. Укажіть назву цієї реакції.

118

Хімічні реакції © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Енергія

6 Розділ

Людство потребує механічну енергію для виконання роботи, енергію випромінювання для освітлення і теплову енергію для опалення. Тому людина отримує енергію з різних джерел взаємодії і перетворює в той вид, який їй потрібен. Так, легкоатлет, виконуючи стрибок з жердиною, набуває кінетичної енергії за рахунок роботи своїх м’язів.

У цьому розділі ви дізнаєтеся:

● про перетворення й передачу енергії; ● в яких формах існує енергія; ● яка енергія є корисною, а яка — даремно витраченою; ● про причини розсіювання енергії. У цьому розділі ви навчитеся:

● будувати блок-схеми, що відображають передачу й перетворення енергії; ● пояснювати, яка енергія є корисною, а яка — даремно витраченою; ● досліджувати шляхи розсіювання енергії; ● враховувати змінні під час складання плану дослідження. rnk.com.ua/108124

rnk.com.ua/108125

Розділ 6. Тема 1

Перетворення енергії Будете навчатися:

● розрізняти види хімічних джерел енергії; ● визначати форми, в яких існує енергія; ● описувати перетворення енергії з однієї форми в іншу за допомогою блок-схем; ● встановлювати способи передачі енергії.

Енергія навколо нас Якщо ви спостерігаєте такі явища, як рух, поширення світла, зміну температури, чуєте звук, то це означає, що відбувається перетворення енергії з однієї форми в іншу.

Завдання 6.1. Що вам відомо про енергію? Об’єднайтеся в групи дослідників та дослідниць. Ознайомтеся з предметами, які демонструють різні види енергії: cірник, пружинка, повітряна куля, м’яч. Дайте відповіді на такі запитання: які види енергії мають ці предмети? які перетворення енергії відбуваються і що для цього потрібно? як можна використати цю енергію? 1. Створіть схему на тему «Енергія». 2. Презентуйте схему вашої групи, ознайомтеся зі схемами інших.

Завдання 6.2. Спостереження змін й перетворень енергії 1. Погляньте довкола та зверніть увагу на пристрої, які вас оточують. 2. Розгляньте пристрої, які створюють звук, випромінюють світло, нагріваються або рухаються. Поміркуйте, в які форми енергії за допомогою побутових пристроїв перетворюється: а) електрична енергія; б) механічна енергія. 3. Запишіть результати ваших спостережень за зразком у таблицю. Назва пристрою

Призначення пристрою

Який процес забезпечує роботу пристрою

Якими процесами супроводжується робота пристрою

Електрична лампа

Випромінює світло

Проходження електричного струму

Нагрівання

Дірко пробивач

Вирізає отвори в папері

Поштовх рукою

Створення звуку та нагрівання

120

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Джерела хімічної енергії Хімічною називається енергія речовин, яку можна перетворити в інші форми енергії за допомогою хімічних реакцій. Їжа є джерелом енергії для людей та тварин. Хімічна енергія, що вивільняється в процесі травлення, перетворюється на енергію, яка забезпечує рух м’язів, виконання клітинних функцій і живлення біологічних систем організму. Джерелом енергії для руху автобуса чи автомобіля є пальне, яке згоряє у двигуні. Хімічна енергія пального перетворюється в енергію, що забезпечує роботу всіх систем та механізмів транспортного засобу. І їжа, і пальне є джерелами енергії. Щоб використовувати ці два джерела енергії і тваринам, і двигунам транспортних засобів потрібен кисень.

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Мікроорганізми» ви дізналися про трофічні ланцюги. Спочатку енергія накопичується в їжі, а потім передається трофічним ланцюгом від одного організму до іншого. Перероблена (перетравлена, ферментована) їжа, розкладена на молекули, атоми, йони і сам організм — може бути джерелом енергії на наступному кроці ланцюга. Поміркуйте, звідки рослини, які ми споживаємо в їжу, отримують енергію для росту?

Зв’язки в науці Вивчаючи розділ «Хімічні реакції», ви дізналися, що горіння — це хімічна реакція палива з киснем повітря. Нагрівання навколишнього середовища та випромінювання світла є характерними ознаками реакції горіння. Наявність кисню є необхідною умовою горіння. Опишіть, які перетворення енергії відбуваються під час горіння. Що є доказом того, що під час горіння виділяється енергія? Гальванічні елементи — це пристрої, що належать до хімічних джерел струму й забезпечують перетворення хімічної енергії в електричну. Найпоширенішими типами гальванічних елементів є електричні батарейки й акумулятори.

Перетворення енергії © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

121

Сьогодні найбільш поширеними є літій-йонні акумулятори, якими користується практично кожен у кого є мобільний телефон, ноутбук, електромобіль тощо. Проте літій-йонні елементи дуже шкідливі для довкілля, оскільки створюють ризик займання та їх важко утилізувати. На корпусі кожної батарейки є позначка: «Викидати у смітник категорично заборонено». Їх слід збирати в спеціальні контейнери для подальшої утилізації.

Попрактикуйтеся 1

Наведіть приклади пристроїв, що перетворюють хімічну енергію в електричну.

Назвіть джерела енергії, що забезпечують роботу пристроїв, які ви досліджували в завданні 6.2?

Механічна енергія пружно деформованого тіла

Рис. 6.1. Використання потенціальної енергії пружно деформованої еластичної стрічки

Під час розтягу гумової стрічки механічна робота м’язів людини переходить у потенціальну енергію деформації гумової стрічки. Потенціальна енергія пружних тіл з’являється у результаті їх деформації зовнішньою силою. Після припинення дії зовнішньої сили сили пружності повернуть його до недеформованого стану, виконавши механічну роботу. Отже, пружно деформоване тіло має потенціальну енергію, яку визначають за формулою: kx2 Ep = , де 2 Ep — потенціальна енергія пружно деформованого тіла; k — жорсткість (характеристика тіла, яка залежить від форми та розмірів тіла, а також від матеріалу, з якого тіло виготовлене); x — видовження тіла (зміна довжини тіла в результаті деформації). Це рівняння можна представити за допомогою текстової формули (рис. 6.2) та графічної схеми (рис. 6.3).

потенціальна енергія =

жорсткість • квадрат видовження 2

Рис. 6.2. Текстова формула потенціальної енергії пружно деформованого тіла

122

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Властивість деформованої пружини «запасати» потенціальну енергію, а потім за її рахунок виконувати механічну роботу використовують у багатьох механізмах: механічних годинниках, дверних замках, клапанах автомобільних двигунів тощо. Кулькова ручка, пружинні ваги та степлер демонструють, як пружина, накопичуючи потенціальну енергію під час стискання або розтягування, виконує різні функції. У ручці її енергія використовується для переміщення стрижня, у вагах — для вимірювання сили тяжіння, а в степлері — для пробивання паперу та закріплення скоб.

(S N

[ (S

[

(S N

[

Рис. 6.3. Графічна схема потенціальної енергії пружно деформованого тіла

Як користуватися графічною схемою: Щоб записати формулу шуканої величини в графічній схемі прикриємо рукою позначення цієї величини та отримаємо формулу для її визначення. Наприклад, щоб отримати формулу для знаходження потенціальної енергії, закриваємо її позначення. Маємо добуток жорсткості на квадрат видовження, який необхідно поділити на два. Щоб отримати формулу для визначення жорсткості — закриваємо відповідне позначення та отримаємо дріб — подвійна потенціальна енергія поділена на квадрат видовження.

Механічна енергія рухомого тіла Енергія зумовлена рухом тіла, називається кінетичною енергією тіла. Дослідами встановлено, що кінетична енергія залежить від маси і швидкості рухомого тіла. Чим з більшою швидкістю рухається тіло і чим більшу масу воно має, тим більшу роботу може виконати, а, отже, тим більша його кінетична енергія. Кінетична енергія тіла обчислюється за формулою: mV2 Ek = , де 2 Ek — кінетична енергія тіла; m — маса тіла; V — швидкість руху тіла. Це рівняння можна представити за допомогою текстової формули (рис. 6.5) та графічної схеми (рис. 6.6).

кінетична енергія =

маса тіла • квадрат швидкості 2

Рис. 6.5. Текстова формула кінетичної енергії тіла

Перетворення енергії © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Рис. 6.4. Тіла, що рухаються, мають кінетичну енергію

(N P 9 Рис. 6.6. Графічна схема кінетичної енергії тіла

123

Кінетична енергія тіла для різних спостерігачів може бути різною, оскільки відносно них може бути різною швидкість руху цього тіла.

Попрактикуйтеся 3

Наведіть приклади тіл, які мають: а) кінетичну енергію; б) потенціальну енергію пружно деформованого тіла.

Чи можна вважати кінетичні енергії двох тіл однаковими, якщо швидкості їх руху однакові? Розрахуйте кінетичну енергію, що ви розвиваєте під час бігу (15 км/год) та під час ходьби (5 км/год). Чому удар об перешкоду під час бігу є більш травматичним порівняно з ударом під час ходьби?

5 6

Механічна енергія Кінетична (енергія руху)

Потенціальна (енергія пружно деформованого тіла)

Попрактикуйтеся 7

8 9

Опишіть перетворення енергії, які відбуваються, коли: а) спортсмен стріляє з лука; б) важкоатлет підіймає штангу; в) хлопчик з’їжджає з гірки. Вітрогенератори виробляють електроенергію. Що є її джерелом? Марійка тримає м’яч на висоті 1 м від підлоги. Потім вона кидає м’яч, і той падає на підлогу. а) Який вид енергії має м’яч, що падає на підлогу? б) Що сталося з цією енергією в момент падіння м’яча на підлогу? Створіть блок-схеми, що описують передачу й перетворення енергії під час: а) руху автомобіля; в) падіння води у водоспаді; б) гри в більярд; г) нагрівання каструлі з водою.

124

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 11

Розгляньте рисунок 6.7. Поміркуйте, які перетворення енергії відбуваються, коли спортсменка біжить з довгою жердиною, опускає один кінець жердини на землю, а потім стрибає. а) Який вид енергії має спортсменка, що біжить з жердиною? б) Який вид енергії має спортсменка, перебуваючи у найвищій точці під час стрибка? в) Якими є перетворення енергії, коли жердина розрівнюється?

Рис. 6.7. Деформація жердини під час стрибка.

Наука в дії. Вода у виробництві електроенергії Гідроелектростанції (ГЕС) — це споруди, які перетворюють кінетичну енергію води на електричну енергію. Щоб забезпечити роботу гідроелектростанції будують греблю, яка перегороджує русло і долину річки. Висота греблі забезпечує воді потенціальну енергію, яка при падінні перетворюється у кінетичну енергію руху її струменів, які обертають турбіну. Енергія обертання турбіни перетворюється у електричну енергію.

Рис. 6.8. Дніпровська ГЕС — найбільша гідроелектростанція України. Висота її греблі — 60 м

Перетворення енергії Фізичною величиною, що характеризує перетворення однієї форми енергії в іншу, є робота. Двигун автобуса виконує роботу, змушуючи транспортний засіб рухатися (хімічна енергія пального перетворюється у механічну енергію транспортного засобу). Ваші м’язи виконують роботу під час ходьби. Більярдна куля виконує роботу,коли вона вдаряється в іншу кулю і змушує її рухатися. Ви виконуєте роботу, коли розтягуєте еластичну стрічку.

Рис. 6.9. Досвідчені гравці в більярд знають, скільки енергії потрібно передати кулі, щоб забити її в лузу

Перетворення енергії © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

125

Що таке передача енергії? Як ви бачили у Завданні 6.2, застосування пристрою для виконання певних дій спричиняє перетворення однієї форми енергії на іншу. Відбувається зменшення енергії джерела і збільшення енергії іншого об’єкта або його оточення. Передача енергії — це процес перетворення однієї форми енергії в іншу.

Рис. 6.10.

Акумулятор (хімічна енергія перетворюється в електричну)

Енергія передається електричним струмом

Лампа

Електрична енергія перетворюється у світлову і теплову

Навколишнє середовище

Організм людини (хімічна енергія перетворюється у механічну енергію)

Виконання роботи рукою (поштовх)

Діркопробивач

Виконання роботи діркопробивачем (вирізання отворів)

Папір (з отворами)

Частина механічної енергії перетворюється у звукову

Навколишнє середовище

Рис. 6.11. Опис за допомогою блок-схем перетворень однієї форми енергії в іншу для прикладів, наведених у завданні 6.2

Попрактикуйтеся 12

Опишіть перетворення енергії, які відбуваються (рис. 6.10): а) коли людина забиває цвях молотком; б) шляпка цвяха рухається вниз; в) нога футболіста б’є по м’ячу; г) м’яч починає рухатися.

Енергія, що визначає температуру Усі тіла в разі підвищення температури, накопичують енергію. Це пояснюється тим, що всі речовини складаються з частинок, які хаотично рухаються або здійснюють коливання та взаємодіють між собою.

126

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Кожна частинка речовини має запас кінетичної енергії руху. Кінетична енергія теплового руху усіх частинок, із яких складається тіло та потенціальна енергія їх взаємодії (під час пружнього зіткнення) називається тепловою енергією. Чим вища температура тіла, тим більший запас його теплової енергії. Іноді температура тіла підвищується настільки, що змінюється агрегатний стан речовини. Підвищення температури тіла спричинене передачею енергії, називається нагріванням. Гаряче полум’я або будь-яке гаряче тіло передає теплову енергію поруч розташованим тілам та спричиняє їх нагрівання. Теплова енергія передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого тіла самочинно. Цей процес називається теплопередачею (тепло обміном). Теплопередача припиняється, коли вирівнюється температура тіл. Енергія, що передається виключно за рахунок різниці температур називається теплом. Світло і звук також є способами передачі енергії. Енергія передається від джерела світла або звуку до іншого об’єкта. Наприклад, звук, який видає гонг, передає енергію від гонга до ваших вух. Світло, яке випромінює Сонце, передає енергію до поверхні Землі. Електричний струм є способом передачі енергії від акумулятора або електростанції до електричних приладів. Перетворюючи електричну енергію в інші форми, електроприлади виконують роботу (двигуни), випромінюють світло (лампи, екрани) і звук (гучномовці, динаміки), нагрівають тіло (електрочайник, електропіч).

Рис. 6.12. Вода в плоских панелях нагрівається за рахунок енергії Сонця

Попрактикуйтеся 13

Полум’я свічки можна використовувати, щоб отримати світло. Опишіть перетворення енергії, які відбуваються під час згорання свічки.

Перетворення енергії © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

127

Попрактикуйтеся 14

15 Рис. 6.13. Енергія передається електричним струмом

Підсумки

Назвіть два об’єкти або пристрої, які отримують енергію від Сонця. Опишіть, як за допомогою цих об’єктів або пристроїв відбувається перетворення сонячної енергії. В який спосіб акумуляторна батарея передає енергію електричній лампі? В який спосіб електричний дзвінок передає енергію до ваших вух?

Ключові поняття

✎ Енергія, зумовлена рухом тіла, називається кінетичною енергією тіла. ✎ Об’єкти, які зазнають пружних деформацій, мають потенціальну енергію. ✎ Об’єкти, які розташовані на деякій висоті над певною поверхнею, мають потенціальну енергію. ✎ Способами передачі енергії є електричний струм, світло, звук, нагрівання або виконання роботи.

Хімічна енергія, потенціальна енергія, кінетична енергія, внутрішня енергія, температура, робота, нагрівання, світло, звук, електричний струм.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу побудувати таблицю результатів спостережень. ✅ Я можу пояснювати, як температура тіла залежить від його внутрішньої енергії. ✅ Я можу описувати процеси передачі й перетворення енергії за допомогою блок-схем.

128

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108126

Розділ 6. Тема 2

Розсіювання енергії Будете навчатися:

● визначати, яка енергія є корисною, а яка — даремно витраченою; ● встановлювати способи розсіювання енергії; ● планувати наукові дослідження, враховуючи змінні дослідження.

Корисна та даремно витрачена енергії Для освітлення приміщень ми використовуємо електричні лампи. Ввімкнена лампа не лише випромінює світло, а ще й нагрівається. Енергію, яку лампа випромінює у вигляді світла, називатимемо корисною енергією. А енергію, яка витрачається на нагрівання лампи й повітря навколо неї, називатимемо даремно витраченою енергію. Під час роботи всіх пристроїв частина енергії перетворюється на корисну, а частина — на даремно витрачену. У більшості випадків даремно витраченою є саме теплова енергія. Доволі часто процес нагрівання є корисним, наприклад, під час приготування їжі. Електроплита перетворює електричну енергію в теплову. Частина теплової енергії, яка передається безпосередньо їжі, є корисною. Та теплова енергія, що передається від плити, і спричиняє нагрівання повітря, навколишніх предметів і посуду, в якому готують їжу, є даремно витраченою.

Рис. 6.14. На цій термограмі показано, що енергія передається від нагрітої поверхні тостера навколишньому середовищу. Це даремно витрачена енергія

Попрактикуйтеся 1

Опишіть, які перетворення енергії відбуваються під час використання кожного з наведених нижче пристроїв: праска, ліхтарик, гучномовець, дриль, акумуляторна батарея.

Для кожного з пристроїв у завданні 1 визначте, яка енергія є корисною, а яка — даремно витраченою.

129

Розсіювання енергії © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Розсіювання енергії Аналізуючи роботу пристроїв, ви помітили, що майже всі вони нагріваються. Навіть пристрої, які виробляють корисне тепло, витрачають частину енергії на нагрівання навколишнього середовища. В таких випадках науковці та науковиці кажуть, що енергія розсіюється. Розсіювання енергії також відбувається під час тертя. Якщо не витрачати додатково енергію на подолання тертя, то швидкість рухомих об’єктів зменшується. При цьому кінетична енергія переходить у теплову енергію поверхонь дотичних тіл, між якими виникає тертя. Тому під час тертя поверхні дотичних тіл нагріваються. Пристрої іноді виробляють небажані звуки або випромінюють світло. Такі способи передачі енергії також розсіюють її. Після того, як енергія розсіюється в навколишньому середовищі, її важко використати з користю.

Електрична Корисна енергія енергія

Світлова енергія

Механічна енергія

Марно витрачена енергія

Марн

о витр

ачена

Марно витрачена енергія

Корисна енергія

Теплова енергія

Механічна енергія

енерг

ія

Теплова енергія Звукова енергія

Рис. 6.15. Схеми перетворення енергії за допомогою електричної лампи розжарювання та діркопробивача

Завдання 6.3. Дослідження передачі енергії Сплануйте експеримент, щоб дослідити, як довжина гальмівного шляху іграшкового автомобіля, що з’їжджає з похилої площини, залежить від висоти похилої площини. 1. Опишіть, які перетворення енергії відбуваються під час руху іграшкового автомобіля. 2. Зробіть прогноз дослідження.

130

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

3. Оберіть обладнання, необхідне для проведення вашого експерименту. 4. Визначте залежну змінну (змінну, яку ви досліджуєте або вимірюєте під час експерименту), незалежну змінну (змінну, яку ви самостійно задаєте та змінюєте під час експерименту) та контрольні змінні дослідження (змінні, які ви не змінюєте під час експерименту). 5. Підготуйте таблицю для нотування результатів вимірювань. Переконайтеся, що кожна колонка таблиці має заголовок, який містить одиниці вимірювання. 6. Виконайте експеримент, який складається з п’яти випробувань. 7. Зробіть висновок дослідження, зазначте, чи був прогноз правильним.

Рис. 6.16. Коли авто рухається вниз по похилій площині, його потенціальна енергія перетворюється в кінетичну та теплову енергію

Попрактикуйтеся 3

Як розсіюється енергія під час руху іграшкового автомобіля?

Коли бензиновий автомобільний двигун спалює пальне, лише приблизно 20 % хімічної енергії пального, переходить у корисну енергію руху автомобіля. Поясніть, як розсіюється енергія в двигуні. Побудуйте блок-схему, щоб пояснити перетворення енергії в двигуні автомобіля.

Наука в дії. Енергоефективність 90 % хімічної енергії, що виникає в процесі травлення жаби, перетворюється в механічну енергію її м’язів. Частина енергії розсіюється у вигляді тепла в тканинах тіла та в навколишньому середовищі. Науковці виявили, що найефективніше перетворення енергії з їжі в корисну енергію руху відбувається тоді, коли м’язи жаби нагріті приблизно до 38 °C.

Рис. 6.17. Прудка жаба. Зникаючий вид, занесений до Червоної книги України

131

Розсіювання енергії © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Зв’язки в науці

Рис. 6.18. Термограма будинку

Підсумки

Під час вивчення розділу «Будова та властивості речовин» ви ознайомилися з тепловими властивостями деяких матеріалів. Хорошими провідниками тепла є метали (залізо, мідь, срібло, алюміній тощо). Деревина, пластик, скло, вовна, повітря погано проводять тепло, ці матеріали називають теплоізоляторами. Доторкніться до металевого та дерев’яного предмета, які перебувають в одному приміщенні. Який з предметів здається на дотик теплішим? Чому? Через які частини будинку втрачається найбільше тепла?

Ключові поняття

✎ Під час роботи пристроїв частина енергії перетворюється на корисну, а частина — на даремно витрачену. ✎ Даремно витрачена теплова енергія накопичується самими тілами та середовищем, що їх оточує, тобто вона занадто розсіюється, щоб бути корисною. ✎ Енергія розсіюється у вигляді звуку, світла або тепла.

Корисна енергія, даремно витрачена енергія, розсіювання енергії, змінні дослідження, незалежна змінна, залежна змінна, контрольні змінні.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу визначати, яка енергія є корисною, а яка — даремно витраченою. ✅ Я можу пояснювати, як розсіюється енергія під час деяких процесів та явищ. ✅ Я можу визначити незалежну, залежну й контрольні змінні дослідження.

132

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Вкажіть пристрій, що перетворює хімічну енергію пального в інші форми енергії. А

діркопробивач;

двигун автомобіля;

Г пральна машина.

електрична лампа;

2. Яку енергію має м’яч, що летить угору? А

кінетичну;

кінетичну й потенціальну;

Г електричну.

потенціальну;

3. Заповніть пропуски в тексті, використовуючи подані нижче прикметники. корисна

теплова

більша

менша

розсіяна

потенціальна

Під час роботи електричної лампи енергія, що передається навколишньому середовищу у вигляді світлової енергії, є

. Енергія, яка передається навколишньому се-

редовищу у вигляді звуку, світла та тепла, є енергія. Деформована пружина має

енергію.

Під час нагрівання тіл зростає їх

енергія. Під

час теплопередачі енергія передається від тіл з температурою до тіл з

температурою.

4. Проаналізуйте процес приготування їжі в мікрохвильовій печі та процес освітлення кімнати електричною лампою. Для кожного з цих процесів: а) опишіть перетворення енергії; б) укажіть, яка енергія є корисною, а яка — даремно витраченою; в) поясніть, у який спосіб розсіюється енергія.

133

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 5. Поміркуйте, які перетворення енергії відбуваються під час стрибків у висоту. а) Що є джерелом енергії спортсменів під час бігу та стрибків? б) Поясніть, як розсіюється енергія під час виконання спортивних вправ. в) Як деформація жердини впливає на висоту стрибка? г) Чому спортсменка, що виконує стрибок у висоту з жердиною, може подолати вищу планку, ніж спортсмен, що виконує стрибок у висоту без жердини? 6. Створіть блок-схему, що описує перетворення енергії під час підстрибування м’яча. 7. Використайте додаткові джерела інформації, щоб ді знатися про використання енергії морських течій. 8. Іграшковий автомобіль з’їжджає з похилої площини. Дослідіть, як гальмівний шлях автомобіля залежить від довжини похилої площини.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 9. Коли в закритому приміщенні використовують порохотяг, то повітря в кімнаті поступово нагрівається. а) Опишіть перетворення енергії, що відбувається у двигуні пилососа. б) Поясніть, у який спосіб розсіюється енергія під час роботи пилососа. 10. Коли дизельний двигун спалює пальне, лише приблизно 40 % хімічної енергії пального переходить у корисну енергію руху автомобіля. Поясніть, як розсіюється енергія у двигуні. Побудуйте блок-схему, що відображає перетворення енергії дизельним двигуном автомобіля.

134

Енергія © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Сили

Розділ

Чому предмети падають на поверхню Землі? Як конструкція автомобілів і літаків впливає на швидкість руху цих транспортних засобів? На рухомі тіла діють різні типи сил: одні їх пришвидшують, а інші — сповільнюють. Ми розглянемо дві важливі сили: силу тяжіння й силу опору повітря та з’ясуємо, як вони можуть впливати на швидкість руху тіл.

У цьому розділі ви дізнаєтеся:

● про гравітаційну взаємодію між об’єктами Всесвіту; ● чи однакова маса, сила тяжіння й вага на різних планетах; ● як опір повітря впливає на рух тіл; ● як сила опору середовища залежить від його густини. У цьому розділі ви навчитеся:

● обчислювати значення сили тяжіння, ваги тіла; ● порівнювати значення ваги тіла на різних планетах і супутниках планет; ● враховувати силу опору повітря під час конструювання моделі парашута. rnk.com.ua/108127

rnk.com.ua/108128

Розділ 7. Тема 1

Сила тяжіння Будете навчатися:

● обчислювати силу тяжіння; ● розуміти поняття невагомості та напруженості гравітаційного поля; ● визначати закономірність між даними дослідження.

Сила тяжіння На всі тіла, які розташовані на Землі або біля її поверхні діє сила тяжіння. Сила тяжіння — це сила, з якою Земля притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї. Щоб спостерігати результат дії цієї сили, достатньо випустити з руки м’яч. Під дією сили тяжіння м’яч пришвидшено падає вниз. Значення сили тяжіння біля поверхні Землі можна розрахувати за формулою: Fт = mg,

Рис. 7.1. Рух тіла під дією сили тяжіння

де Fт— сила тяжіння, m — маса тіла, g — прискорення вільного падіння. Прискорення вільного падіння — це прискорення, яке отримує тіло, рухаючись під впливом сили тяжіння. Н. Для об’єктів, що знаходяться поблизу Землі g = 9,81 кг Це рівняння можна записати за допомогою текстової формули (рис. 7.2) або графічної схеми (рис. 7.3). Якщо тіло рухається лише під дією сили тяжіння, то такий рух називають вільним падінням.

)Ǳ сила тяжіння = маса тіла • прискорення вільного падіння

Рис. 7.2. Текстова формула сили тяжіння

Рис. 7.3. Графічна схема сили тяжіння

Вага тіла Якщо ви спробуєте утримати на одній долоні м’яч, то відчуєте силу, з якою він тисне на вашу руку. Ця сила називається вагою.

136

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Вага тіла — це сила, з якою тіло внаслідок притягання до Землі діє на горизонтальну опору або підвіс. Вага тіла, що перебуває в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху біля поверхні Землі, пропорційна масі тіла й чисельно дорівнює значенню сили тяжіння, що діє на тіло: P = mg, де P — вага тіла, m — маса тіла, g — прискорення вільного падіння. Текстова формула (рис. 7.4) та графічна схема для цієї формули (рис. 7.5).

СИЛА ТЯЖІННЯ ВАГА

3 вага тіла = маса тіла • прискорення вільного падіння

Рис. 7.4. Текстова формула ваги тіла

Рис. 7.5. Графічна схема ваги тіла

Для об’єктів, що знаходяться поблизу Землі: g = 9,81 Н . Тобто кг нерухоме тіло масою 1 кг біля поверхні Землі має вагу 9,81 Н. Вага тіла може змінюватися (збільшуватися і зменшуватися) у той час, як маса тіла залишається незмінною. Наприклад, вага м’яча майже зникне під час його падіння. Тіло, яке рухається під дією лише сили тяжіння, перебуває у стані невагомості. Повністю втрачають свою вагу об’єкти, які рухаються по навколоземній орбіті. Астронавти та все обладнання на борту космічної орбітальної станції перебувають у стані невагомості, незважаючи на те, що на них продовжує діяти сила тяжіння. Маса кожного об’єкта у стані невагомості така ж, як і на поверхні Землі чи іншої планети.

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Особливості організації живого» ви дізналися, як відбувається вдих та видих. У космосі зменшується об’єм легень. Тобто астронавти не можуть отримати стільки ж кисню за один вдих, скільки вони отримують, перебуваючи на Землі. Через стан невагомості органи черевної порожнини зміщуються вгору та тиснуть на діафрагму.

137

Сила тяжіння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Рис. 7.6. Леонід Каденюк, перший астронавт незалежної України, працює з паростками Brassica rapa на середній палубі космічного «човника» «Колумбія» в 1997 році

Це зменшує кількість повітря, яке над ходить у легені під час одного вдиху. Науковці та науковиці постійно вивчають вплив стану невагомості на людський організм, а також організовують експерименти та місії, під час яких досліджують ріст рослин у космосі. Скористайтеся додатковими джерелами інформації, щоб дізнатися про вплив невагомості на живі організми.

Як схематично позначити силу тяжіння та вагу

Сила тяжіння

Вага тіла

Рис. 7.7. Схематичне позначення сили тяжіння та ваги тіла

Рис. 7.8. Сила тяжіння напрямлена до центра Землі

Діаграма сил — це схема, на якій позначено всі сили, що діють на тіло, і за якою можна передбачити результат дії цих сил. Сили позначають у вигляді стрілок. Початок стрілки, що зображає силу тяжіння, збігається з центром тіла. Стрілка, що зображає вагу, починається на опорі або підвісі. Напрямок стрілки вказує напрямок дії сили. Якщо тіло знаходиться на горизонтальній поверхні, то силу тяжіння та вагу зображають напрямленими вертикально вниз стрілками (рис. 7.7), довжини яких відповідають значенням сили тяжіння й ваги: чим довша стрілка, тим більше значення сили. Якщо на діаграмі сил позначають Землю, то силу тяжіння зображають стрілкою, напрямленою до центра Землі (рис. 7.8).

Попрактикуйтеся 1

На діаграмі сил (рис. 7.8) позначено силу тяжіння, з якою Земля притягує м’яч до своєї поверхні. Накресліть діаграму, на якій позначте силу, з якою Місяць притягує до своєї поверхні цей самий м’яч. (Сила тяжіння Місяця становить приблизно 1/6 сили тяжіння Землі).

138

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 2

Астронавт перебуває на борту космічної орбітальної станції. Накресліть діаграму, на якій позначте сили, що діють з боку Землі на астронавта й космічну станцію. Зобразіть на діаграмі Землю.

Вимірювання маси та ваги Вага — це сила, тому для вимірювання ваги використовують динамометр. Одиниця вимірювання ваги — ньютон (1 Н).

Завдання 7.1. Дослідження ваги предметів 1. Потримайте по черзі в руці предмети різної маси й відчуйте вагу кожного з них. 2. За допомогою терезів виміряйте масу кожного предмета. 3. За допомогою динамометра виміряйте вагу кожного предмета. 4. Для кожного досліду визначте відношення ваги до маси. 5. Дані вимірювань та обчислень занесіть у таблицю результатів. Переконайтеся, що кожна колонка таблиці має заголовок, який містить одиниці вимірювання. Рис. 7.9. Вимірювання ваги за допомогою пружинного динамометра

Попрактикуйтеся 3

Обчисліть силу тяжіння, що діє на кожен з наведених праворуч об’єктів, що знаходяться у стані спокою на поверхні Землі. а) книга масою 2 кг; в) чоловік масою 70 кг; б) дитина масою 4 кг; г) автомобіль масою 900 кг. На Землі кожен кілограм маси важить близько 10 Н. Обчисліть масу кожного з наведених праворуч об’єктів: а) стілець вагою 60 Н; в) дитина вагою 300 Н; б) велосипед вагою 130 Н; г) книга вагою 5 Н.

139

Сила тяжіння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Як змінюється прискорення вільного падіння? Біля поверхні Землі прискорення вільного падіння майже всюди однакове й становить близько 10 Н . З віддаленням від кг поверхні планети значення цієї величини зменшується. На вершині високої гори сила земного тяжіння та вага тіла значно менші, ніж біля її підніжжя. Незмінною залишається лише маса тіла.

Вага динамометр N K

море

R K

M N

Локація

Рис. 7.10. На вершині гори вага тіла менша ніж біля її підніжжя

Попрактикуйтеся 5

Під час подорожі група альпіністів виміряла вагу тіла на березі моря в точці K та в точках L, M, N, P, R. За результатами вимірювань побудували лінійну діаграму (рис. 7.10). а) Опишіть закономірність, яку відображає ця діаграма. б) В яких точках вага об’єкта має: однакове значення; найбільше значення; найменше значення? в) Чи змінюється маса об’єкта, під час підняття в точку N?

Маса = 30 кг

294 Н

48,75 Н

Рис. 7.11. Вага хлопчика на Місяці у 6 разів менша, ніж на поверхні Землі

Значення прискорення вільного падіння на поверхні Місяця та на інших планетах відрізняється від значення на Землі. Якщо людину масою 60 кг відправити на Місяць, де сила тяжіння в 6 разів менша, ніж на поверхні Землі, то маса людини все одно дорівнюватиме 60 кг. Її вага зміниться: на Землі вона важила б майже 600 Н, а на Місяці — лише 100 Н.

140

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Завдання 7.2. Опрацювання і аналіз інформації Залежність прискорення вільного падіння планети від її маси. В астрономії значення маси Землі використовують в якості позасистемної одиниці маси, тому масу планет Сонячної системи часто виражають у масах Землі. У таблиці вказано масу та наближене значення прискорення вільного падіння біля поверхні планет Сонячної системи. Планета

Маса планети (земних мас)

Прискорення вільного падіння на поверхні Н) планети ( кг

Меркурій

0,06

Венера

0,82

8,9

Земля

9,8

Марс

0,11

3,7

Юпітер

318

25,9

Сатурн

11,1

Уран

14,6

9,8

Нептун

17,2

11,3

3,8

Рис. 7.12. Планети Сонячної системи

1. Проаналізуйте дані таблиці. Яку закономірність ви помітили? 2. Для якої планети значення прискорення вільного падіння не відповідає цій закономірності? 3. Побудуйте графік прискорення вільного падіння від маси планети. 4. Чи відображає ваш графік закономірність, яку ви помітили? 5. У Сонячній системі є декілька пар планет із практично однаковою гравітацією. Запишіть їх.

Всесвітнє тяжіння Ісаак Ньютон першим зрозумів, що гравітаційна взаємодія є однією з фундаментальних взаємодій. У 1687 році він сформулював закон всесвітнього тяжіння, відповідно до якого, чим більші маси двох тіл і чим ближче вони розташовані один до одного, тим сильніше вони притягують один одного. Цей закон описує рух планет, супутників і астероїдів у Сонячній системі з надзвичайною точністю. Не лише Земля притягує вас до своєї поверхні — ви з такою ж силою притягуєте до себе Землю. Взаємне тяжіння між вами і Землею набагато перевищує тяжіння між вами і цим підручником, бо Земля має набагато більшу масу.

Рис. 7.13. Ісаак Ньютон (1643–1727), видатний англійський фізик, математик і астроном

141

Сила тяжіння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 6

На поверхні якої планети Сонячної системи на яблуко масою 200 г діє сила тяжіння 0,8 Н?

На Марсі (рис. 7.14) сила тяжіння становить близько 40 % від значення сили тяжіння на поверхні Землі. а) Якби ви виміряли свою масу на Марсі, вона була б меншою, такою ж чи більшою, ніж на Землі? б) Прискорення вільного падіння на поверхні Землі становить 10 Н/кг. Яка сила тяжіння діє на 1 кг маси на поверхні Марса? в) Яка вага людини масою 50 кг на Землі? Рис. 7.14. Планета Марс

г) Яка вага людини масою 50 кг на Марсі?

Знаючи свою масу визначте: а) чому дорівнює ваша вага на планетах сонячної системи? б) на який планеті ваша вага найбільша? Найменша? в) перебуваючи на якій планеті ви не відчуєте зміну гравітаційної взаємодії? Чому? г) на яких планетах Сонячної системи ваша вага менша, ніж на Землі?

Чисто теоретично людина може пристосуватися до життя на небесних тілах, гравітація яких відрізняється від земної не більше, ніж у приблизно три рази. Які планети Сонячної системи ви би обрали для перевірки цієї теорії? Порівняйте силу гравітаційної взаємодії між Сонцем і космічним кораблем, що перебуває на орбіті Землі, з силою гравітаційної взаємодії між Місяцем і тим самим кораблем. Поясніть свою відповідь.

Камінь

Земля

Коли ви спостерігаєте падіння каменя на поверхню Землі, то маєте розуміти, що у той час, як Земля притягує камінь, останній з такою ж силою притягує до себе Землю. Ви ніколи не побачите, щоб Земля рухалася до каменя, тому що маса Землі набагато більша, ніж маса каменя. Якби Земля і камінь мали однакові маси, то вони рухалися б назустріч одне одному. Рис. 7.15. Земля і камінь притягують один одного із силами, рівними за значенням, але протилежними за напрямком

142

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Сила взаємного тяжіння між Землею і Місяцем дуже велика, тому що обидва об’єкти мають велику масу. Так, як маса Місяця у 81 раз менша, ніж маса Землі, то саме Місяць обертається навколо Землі, а не навпаки. Пам’ятайте, що не тільки Земля притягує Місяць, але й Місяць притягує до себе Землю.

r Рис. 7.16. Значення сили, з якою Земля притягує Місяць дорівнює значенню сили, з якою Місяць притягує Землю

Механічна енергія тіла, піднятого над поверхнею Зусилля, яке ви прикладаєте, щоб підняти важкий предмет, наприклад, сумку із покупками або рюкзак, схоже на те, коли ви розтягуєте еластичну стрічку. Тіло підняте над деякою поверхнею має енергію, що зумовлена взаємодією тіла з Землею. Така енергія теж називається потенціальною енергією: Eр = mgh,

де Eр — потенціальна енергія піднятого тіла; m — маса тіла; g — прискорення вільного падіння; h — висота, на якій розташоване тіло, відносно нульового рівня. Вибір нульового рівня — рівня, від якого буде вимірюватися висота, — впливає на значення потенціальної енергії. Текстова формула (рис. 7.18) та графічна схема (рис. 7.19) для визначення потенціальної енергії піднятого тіла.

потенціальна = маса тіла • енергія

прискорення висота тіла над вільного • поверхнею падіння

Рис. 7.18. Текстова формула потенціальної енергії тіла, піднятого над поверхнею

Рис. 7.17. Приклади тіл, що мають запас потенціальної енергії

(S P J K Рис. 7.19. Графічна схема потенціальної енергії тіла, піднятого над поверхнею

Попрактикуйтеся 11

З якою силою: а) Земля притягує валізу масою 20 кг; б) валіза масою 20 кг притягує Землю?

На якій планеті Сонячної системи ваша вага найбільша?

143

Сила тяжіння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 1

Астронавт під час виконання експерименту підіймав обладнання масою 50 кг на висоту 2 метри. Розрахуйте, яку потенціальну енергію набуло обладнання, якщо експеримент відбувався: а) на Землі; б) на Марсі; в) на Венері.

Порівняйте значення прискорення вільного падіння у точках 1 і 2.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Вага — це сила, з якою тіло тисне на опору або розтягує підвіс. У стані спокою або рівномірного прямолінійного руху вага тіла пропорційна його масі. ✎ Значення напруженості гравітаційного поля на поверхні Землі показує, з якою силою Земля притягує до себе тіло масою 1 кг. ✎ З віддаленням від поверхні Землі напруженість гравітаційного поля, сила тяжіння і вага тіла зменшуються. ✎ Між будь-якими двома об’єктами Всесвіту існує сила взаємного тяжіння, величина якої залежить від мас об’єктів і відстані між ними.

Маса, вага, сила тяжіння, гравітація, вільне падіння, напруженість гравітаційного поля, прискорення вільного падіння.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу схематично позначити силу тяжіння і вагу тіла. ✅ Я вмію користуватися динамометром. ✅ Я можу порівняти значення ваги й маси тіла на різних планетах Сонячної системи.

144

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108129

Розділ 7. Тема 2

Опір повітря Будете навчатися:

● аналізувати причини, від яких залежить опір повітря; ● встановлювати, що опір повітря може бути і корисним, і шкідливим; ● пояснювати будову й принцип роботи парашута; ● визначати, чи діє сила опору середовища у вакуумі.

Сила опору повітря Якщо вимкнути двигун автомобіля, то через деякий час він зупиниться. Причиною зменшення швидкості руху автомобіля є: сила тертя кочення, що виникає між дотичними поверхнями двох тіл, коли одне тіло котиться по поверхні іншого й напрямлена протилежно рухові; сила опору повітря, що виникає в результаті ударів частинок повітря та їх тертя об поверхню тіла під час руху. Сила опору повітря протидіє рухові. Якщо ви швидко їдете на велосипеді, то відчуваєте опір повітря. Відчуття, ніби вітер штовхає вас назад, виникає під час руху й зникає одразу після зупинки. Опір повітря залежить від: розмірів рухомого тіла; форми рухомого тіла; швидкості руху тіла; густини повітря. Значення сили опору повітря збільшується, якщо зростає швидкість руху. Опір повітря тим менший, чим менші розміри, більш обтічна форма (форма краплі, загострена форма) та гладенька поверхня тіла.

Рис. 7.20. Опір повітря уповільнює автомобіль

опір повітря

Рис. 7.21. Низька посадка допомагає велогонщикам зменшити опір повітря

Зв’язки в науці В процесі еволюції в багатьох тварин сформувалася обтічна форма тіла, що дозволяє їм швидко рухатися в повітрі або воді.

145

Опір повітря © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Фахівці та фахівчині з проєктування транспортних засобів враховують опір повітря та надають автомобілям, потягам, літакам, човнам обтічну форму, завдяки якій сучасні транспортні засоби є більш енергоефективними. Пригадайте, які тварини мають обтічну форму. Порівняйте форму літака з формою ширяючого птаха.

Парашути

Рис. 7.22. Ці люди повинні скористатися парашутами, щоб уповільнити свій рух

Опір повітря

Коли парашутисти (рис. 7.22) вистрибують з літака, вони падають все швидше і швидше. Сила тяжіння змушує їх прискорюватися. Швидкість парашутистів занадто велика для безпечного приземлення, тому вони використовують парашути, щоб збільшити силу опору повітря та уповільнити свій рух. Сила опору повітря діє на парашутистів у протилежному до сили тяжіння напрямку. На діаграмі сил силу опору повітря зображають стрілкою, що напрямлена протилежно до напрямку руху.

Попрактикуйтеся Cила тяжіння

Рис. 7.23. Сила опору повітря протидіє силі тяжіння

Створіть блок-схему, що описує перетворення енергії, які відбуваються під час стрибка з парашутом.

Завдання 7.3. Конструювання та випробування парашута Відчуйте себе в ролі інженерів-винахідників. Ваше конструкторське завдання полягає в тому, щоб спроєктувати, виготовити та випробувати парашут, який падатиме якомога повільніше.

146

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

1. Об’єднайтеся в групи та підготуйте необхідне обладнання: легка тонка тканина, тонка нитка, клей, ножиці, невеликі тіла (або тягарці) однакової маси, лінійка, мірна стрічка, секундомір. 2. Використайте запропоновані матеріали, щоб сконструювати три парашути різного розміру. 3. Спрогнозуйте, як площа парашута впливає на час його падіння. 4. Визначте незалежну, залежну та контрольні змінні дослідження. 5. Випробуйте кожен парашут, тричі скидаючи його разом з вантажем з висоти 2 м. Кожного разу вимірюйте час падіння. 6. Обчисліть середнє значення часу падіння парашута. 7. Результати всіх вимірювань занесіть у таблицю. Довжина сторони парашута, a, м

Площа парашута, S, м2

Рис. 7.24. Саморобний парашут

Час падіння парашута t, с Випробування 1

Випробування 2

Випробування 3

8. Побудуйте графік, що відображає залежність середнього часу падіння парашута від його площі. 9. Проаналізуйте результати вашого дослідження та порівняйте їх з результатами досліджень інших груп. 10. Сформулюйте висновок, зазначивши, як площа поверхні парашута вплинула на швидкість руху парашута. 11. Запропонуйте, яким чином можна покращити результати вашого дослідження.

Середнє значення

Рис. 7.25. Спортивний керований парашут

Наука в дії. Винайдення парашута Винайдення першого авіаційного ранцевого парашута. Перший у світі авіаційний ранцевий парашут винайшов український конструктор-винахідник Г. Є. Котельников. Над створенням парашута винахідник замислився в 1910 році після випадку, в якому на висоті 400 метрів із кабіни літака випав і розбився перший авіатор українського походження Левко Мацієвич.

147

Опір повітря © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Рис. 7.26. Котельников Гліб Євгенович (1872–1944) зі своїм винаходом

Г. Є. Котельников вирішив створити пристрій для порятунку льотчиків під час аварійних ситуацій. 1911 року Г. Є. Котельников запатентував свій винахід під назвою «рятувальний ранець для авіаторів з автоматичним викидним парашутом». Виглядав він як грубий алюмінієвий ранець, що постійно перебував з пілотом. Випробування, проведені в 1912 році, дали чудові результати. Парашут називали «рятувальний ранцевий парашут Котельникова, модель перша». Всі сучасні моделі парашутів створені за принциповою схемою винаходу Г. Є. Котельникова.

Як густина повітря впливає на його опір? Завдання 7.4. Дослідження опору середовища 1. Об’єднайтеся в групи. Зробіть припущення про те, як зміна густини середовища вплине на рух тіла в ньому. (Щільність середовища визначається середнім числом частинок, що припадають на одиницю площі або об’єму.) 2. Підготуйте обладнання до експерименту: довгий ящик, кульки (пінопластові кульки, крупа, зерно, пісок тощо), маленький іграшковий автомобіль. 3. Розмістіть кульки в ящику таким чином, щоб вони повністю вкрили дно. Маленькі кульки є моделями частинок середовища. Кількість кульок моделює густину середовища. 4. Покладіть іграшковий автомобіль на один край ящика і штовхніть його. Під час руху іграшкового автомобіля уважно спостерігайте за кульками. 5. Видаліть з ящика приблизно половину кульок. Ті, що залишилися, рівномірно розподіліть по дну ящика. Які зміни в середовищі моделює видалення частинок? 6. Знову покладіть іграшковий автомобіль на дно ящика і штовхніть його з такою ж силою, як і в першому випробуванні. Спостерігайте рух іграшкового автомобіля крізь кульки. Чи змінилася відстань, яку подолав автомобіль порівняно з попереднім випробуванням?

148

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

7. Повторюйте кроки 5 і 6, поки в ящику не залишиться дуже мало кульок. 8. Коли всі кульки буде видалено, запустіть ще раз іграшковий автомобіль. 9. Які тенденції та закономірності прослідковуються? 10. Встановіть зв’язок між характером руху тіла та густиною середовища, у якому відбувається рух. 11. Сформулюйте висновок, зазначивши, чи був ваш прогноз правильним.

Попрактикуйтеся 2

На вершині Евересту, який досягає висоти 8 849 м, повітря значно розріджене — кількість частинок у кожному кубічному метрі менша, ніж на нижчих висотах. Це впливає на силу опору повітря. Порівняйте, як вона діє на рухоме тіло на цій висоті порівняно з рівнем моря, якщо швидкість тіла залишається незмінною.

Поясніть, чому сила опору повітря, що діє на розкритий парашут, набагато більша, ніж сила опору, що діє на власне тіло парашутиста.

Вакуум — це розріджений стан газу, тиск якого набагато менший за атмосферний. Кількість частинок речовини у вакуумі дуже мала. Рухаючись у вакуумі, тіло майже не зазнає зіткнень із частинками речовини. Вакуум можна створити у вертикальному герметичному контейнері, якщо відкачати з нього повітря. Якщо у вертикальному циліндрі у вакуумі одночасно відпустити тіла різної маси, то під дією сили тяжіння вони одночасно впадуть на дно циліндра. Під час падіння у вакуумі сила опору середовища не діє.

Рис. 7.27. Яблуко і пір’їна, що падають у вакуумі

149

Опір повітря © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 4

Поясніть, чому у вакуумі пір’їна та яблуко падають з однаковою швидкістю (рис. 7.27).

Наука в дії. Тертя та опір повітря в автоперегонах Під час проєктування та виготовлення автомобілів для перегонів обов’язково варто враховувати тертя та опір повітря. Наприклад, шини гоночних авто сконструйовані так, щоб автомобілі могли розвивати високу швидкість і при цьому продовжувати рухатися безпечно, особливо на крутих поворотах і на мокрій поверхні. Форма гоночного автомобіля спроєктована таким чином, щоб зменшити опір повітря. Під час перегонів водії намагаються розташуватися близько позаду одного з автомобілів, щоб отримати перевагу від зменшення опору повітря, яке виштовхується автомобілем, що їде попереду. За рухомим автомобілем формується область розрідження. І коли інший автомобіль потрапляє в цю область, на нього діє набагато менший опір повітря. Але, щоб виїхати із зони розрідженого повітря, потрібно докладати значних зусиль. Такий маневр вважається небезпечним.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Опір повітря існує, лише коли тіло рухається в повітрі. ✎ Опір повітря залежить від швидкості, форми, розмірів, площі поверхні тіла та від густини повітря. ✎ Опір повітря тим менший, чим менші розміри, більш обтічна форма та гладенька поверхня тіла. ✎ У вакуумі сила опору середовища не діє. Всі тіла у вакуумі падають з однаковою швидкістю.

Опір повітря, сила тертя, вакуум, парашут.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу створити модель парашута і пояснити принцип його дії. ✅ Я можу визначити, які змінні потрібно контролювати для проведення об’єктивного дослідження. ✅ Я можу зібрати й записати достатню кількість результатів спостережень, щоб зробити висновок.

150

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Скільки на поверхні Землі важить яблуко масою 200 г? А

0,2 Н;

20 Н;

Г 200 Н.

2 Н;

2. Заповніть пропуски в тексті, використовуючи подані нижче іменники. невагомість відстань

швидкість динамометр

маса вага

вакуум рух

Тіло, яке рухається під дією лише сили тяжіння, перебуває в стані . Силу вимірюють . На Місяці тіла менша, ніж на Землі, а маса тіла залишається незмінною. Прискорення вільного падіння на планеті залежить від її . Сила гравітаційної взаємодії двох тіл зменшується зі збільшенням між тілами. Сила опору повітря протидіє . Значення сили опору повітря змен шується, якщо зменшується рухомого тіла. У немає опору повітря. 3. Визначте, яке з тверджень є правильним. А

У вакуумі відсутня сила тяжіння.

З двох тіл різної маси тіло більшої маси притягує тіло меншої маси, а не навпаки.

Зім’ятий аркуш паперу падає в повітрі повільніше, ніж розгорнутий аркуш такої самої маси.

Опір повітря виникає в результаті ударів частинок повітря і їх тертя об поверхню тіла.

4. Під час космічної місії астронавти подорожують із Землі на Місяць. В обраному масштабі побудуйте діаграми сил тяжіння, що діють на астронавтів з боку Землі та Місяця, коли вони перебувають: А

біля поверхні Землі;

В на орбіті Місяця;

на орбіті Землі;

Г після висадки на Місяць.

151

Перевірте себе © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію

Рис. 7.28. Плавці, велогонщики та бігуни все частіше під час змагань використовують спеціальні комбінезони

5. Опрацюйте додаткові джерела інформації та дізнайтеся про способи мінімізації сил опору у світі спорту. 6. П рискорення вільного падіння на вершині високої гори менше, ніж біля її підніжжя. Використайте цей факт, щоб пояснити, чому опір повітря на вершині високої гори зазвичай менший, ніж на рівні моря. 7. Маса астронавта 75 кг. Прискорення вільного падіння на поверхні Землі становить близько 10 Н , а на Місяці — кг 1,5 Н . кг а) Яка маса астронавта на Місяці? б) Порівняйте вагу астронавта на Землі й на Місяці? в) Порівняйте значення сил тяжіння, що діють на астронавта на поверхні Землі і на поверхні Місяця.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 8. Відчуйте себе в ролі інженерів-винахідників. Ваше конструкторське завдання полягає в тому, що ви повинні спроєктувати і виготовити парашут, за допомогою якого можна забезпечити спуск вантажу та не пошкодити його. 9. У завданні 7.3. досліджуючи залежність опору повітря від площі поверхні тіла, розглядали падіння тіл однакової маси з однієї і тієї ж висоти. Сплануйте та виконайте експеримент, щоб дослідити вплив опору повітря на паперові літаки різної форми. За необхідності використайте додаткові джерела інформації.

Рис. 7.29. Транспортні засоби, що мають обтічну форму

10. Розгляньте зображення транспортних засобів (рис. 7.29). Які конструкторські рішення допомогли зменшити опір повітря під час руху цих засобів.

152

Сили © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Звук

Розділ

Звук має важливе значення в нашому повсякденному житті, оскільки ми використовуємо звуки для спілкування. Розуміння того, що таке звук, як відбувається його утворення і поширення, допомагає створювати й ефективно використовувати джерела звуку, а також, за необхідності, зменшувати рівень шуму.

У цьому розділі ви дізнаєтеся:

● як утворюються звуки; ● де поширюються звуки; ● які фактори впливають на швидкість поширення звуку; ● чому виникає відлуння; ● як зменшити рівень шуму. У цьому розділі ви навчитеся:

● конструювати дротяний телефон; ● створювати модель звукової хвилі; ● пояснювати властивості звукових хвиль на основі будови речовини; ● експериментально визначати швидкість поширення звуку в повітрі.

rnk.com.ua/108130

rnk.com.ua/108131

Розділ 8. Тема 1

Поширення звуку Будете навчатися:

● пояснювати, як виникає звук; ● розуміти, що таке звукова хвиля, інфразвук, ультразвук; ● створювати модель дротяного телефону; ● створювати та досліджувати модель звукової хвилі; ● складати план перевірки наукового передбачення.

Утворення звуків

Рис. 8.1. Утворення звуку за допомогою еластичної стрічки

Якщо смикнути натягнуту еластичну стрічку, то одразу можна почути звук та побачити, що стрічка багато разів повторює один і той же швидкий рух. Такий рух називається коливанням. Коливання еластичної стрічки спричиняє в повітрі рух молекул, що її оточують. Ці молекули зіштовхуються з сусідніми молекулами, змушуючи їх коливатися та зіштовхуватися з іншими, більш віддаленими від стрічки, молекулами. Коливання частинок повітря спричиняють рух барабанної перетинки, передаючи їх у внутрішнє вухо, де вони перетворюються на електричні сигнали, що сприймаються як звук. Отже, звуки виникають внаслідок коливань частинок середовища. Кількість коливань за одиницю часу називають частотою коливань. Частота коливань вимірюється в герцах (Гц) та розраховується за допомогою формули: ν =N t, де ν — частота коливань; t — час, за який здійснилися коливання (вимірюєтся в с); N — кількість коливань за цей час. Текстова формула (рис. 8.2) та графічна схема (рис. 8.3) для цієї формули.

1 кількість коливань частота = коливань час коливань

Рис. 8.2. Текстова формула частоти коливань

Рис. 8.3. Графічна схема частоти коливань

154

Звук © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 1

Птах видає трелі з частотою 320 Гц протягом 6 секунд, а водоспад створює гул із частотою 500 Гц за той же час. Скільки коливань здійснює кожен звук, і який із них «наспіває» більше звукових хвиль за цей час? У кімнаті прозвучав звук із частотою 800 Гц. Звукова хвиля проходить за 4 секунди. Порахуйте, скільки коливань здійснила ця хвиля.

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Енергія» ви дізналися про способи передачі та розсіювання енергії, а також навчилися описувати перетворення енергії за допомогою блок-схем. Створіть блок-схеми, що описують перетворення енергії для кожного з процесів: а) плескання в долоні; б) гра на гітарі; в) гра на барабані. Стиснення

Звукові хвилі Під час коливання еластична стрічка стискає повітря, що прилягає до одного з її боків, і водночас створює розрідження з іншого боку. Ці згущення й розрідження чергуються та поширюються в обидва боки від стрічки, тобто утворюється звук. Слід зазначити, що молекули не поширюються разом з хвилею, вони лише здійснюють коливання вздовж напряму поширення звукової хвилі. Така хвиля називається поздовжньою. На рис. 8.5 зображено поздовжню хвилю, що поширюється вздовж м’якої пружини. Звук — це механічна хвиля частотою від 20 до 20000 Гц. Звукові хвилі, частота яких менша за 20 Гц називають інфразвуком. Природнім джерелом інфразвуку є землетруси, бурі, урагани, морські хвилі, цунамі, деякі тварини.

Діапазон

Розширення

Рис. 8.4. Схема утворення звукової хвилі в повітрі за допомогою камертона (кружечки є моделями молекул у повітрі)

Рис. 8.5. Поширення хвилі вздовж м’якої розтягнутої пружини

155

Поширення звуку © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Техногенним джерелом можуть бути потужне обладнання, транспорт, гірничі розробки за допомогою вибухів. Найбільшу інтенсивність інфразвукових коливань створюють машини й механізми, що мають поверхні великих розмірів, які створюють низькочастотні механічні коливання. Деякі тварини можуть чути інфразвук: так, медузи, почувши інфразвукові хвилі, йдуть на глибину ще за 20 хвилин до початку шторму. Звукові хвилі, частота яких перевищує 20 кГц — це ультразвук. Ультразвук наявний у шумі вітру та водоспаду, у звуках, які видають деякі істоти.

Попрактикуйтеся 3

Козаки, щоб виявити наближення ворожого війська, прикладали до землі вухо. Чому?

Згадки очевидців свідчать, що Бетховен, який втратив слух, здогадався як почути гру на роялі. Для цього він приставив один кінець тростини до свого рояля, а інший кінець тростини він тримав у зубах. Поясніть цей історичний факт.

Гучність звуку

Рис. 8.6. Вимірювання гучності звуку за допомогою шумоміра

Щоб утворити більш гучні звуки, треба змусити велику кількість молекул середовища зміщуватися на більшу відстань під час здійснення коливань, тобто передавати більшу енергію молекулам середовища. Для вимірювання гучності звуку використовують спеціальний прилад шумомір. Одиницею вимірювання гучності є децибел (дБ). Людське вухо здатне сприймати звуки з частотою від 20 Гц до 20 000 Гц. Причому інтенсивність (гучність) звуку залежить від його частоти: низькочастотні звуки зазвичай менш гучні, тоді як високочастотні можуть досягати значно більшої інтенсивності у дБ. Голос людини має частоти в межах 300–3000 Гц, що забезпечує сприйняття розмовної мови. Гранична гучність, яку сприймає людське вухо, становить приблизно 130 дБ — це так званий больовий поріг, за яким звук може викликати фізичний дискомфорт або навіть шкоду слуху. Інтенсивність понад 85 дБ також становить ризик для слуху незалежно від частоти звуку.

156

Звук © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

0 db

20 db

10 db

30 db

80 db

60 db

40 db

50 db

70 db

100 db

90 db

120 db

110 db

140 db

130 db

Рис. 8.7. Шкала гучності звуку

Ударні музичні інструменти (барабан, литаври тощо) мають мембрану, яка під час коливання створює гучний звук. Тому здавна ударні музичні інструменти використовувалися як військові інструменти. Наприклад, у Запорізькій Січі широко побутували литаври. Вони застосовувалися для передачі сигналів, наказів та входили до клейнодів Запорізької Січі. Литаври були різних розмірів, у найбільші з цих інструментів били одночасно вісім чоловіків. Рис. 8.8. Литаври

Попрактикуйтеся 5 6 7

Поміркуйте, чому занадто гучний звук може бути шкідливим для людини. Використайте шумомір (дециметр) або відповідний мобільний додаток для вимірювання гучності різних звуків, наприклад, шепоту, розмови, музики та шуму поблизу дороги. Запишіть отримані значення та порівняйте їх. Виміряйте гучність звуку від одного джерела на різних відстанях (наприклад, 1 м, 3 м, 5 м). Побудуйте графік залежності гучності від відстані.

Швидкість поширення звуку Звукові хвилі можуть поширюватися у твердих тілах, рідинах та газах. Швидкість поширення звуку в різних середовищах різна. Швидкість звуку в повітрі становить 340 м/с, у воді — 1460 м/с, в залізі — 5000 м/с. Звук не може поширюватися у вакуумі, оскільки в ньому майже відсутні частинки речовини.

157

Поширення звуку © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Будова і властивості речовин» ви дізналися, що властивості твердих тіл, рідин та газів відрізняються, оскільки частинки речовини у різних агрегатних станах мають різне взаємне розташування. Спрогнозуйте, як швидкість поширення звукової хвилі залежить від агрегатного стану речовини. Витягніть руки вперед та поплескайте в долоні. Потім притуліть одне вухо до поверхні столу та витягнутою вперед рукою легенько стукніть по столу. Зробіть висновок про поширення звуку у твердих тілах і газах.

Попрактикуйтеся 8

Під час футбольного матчу глядач почув звук удару м’яча через 3 секунди після того, як побачив сам момент удару. Визначте, на якій відстані від гравця перебував глядач, якщо швидкість звуку в повітрі становить 340 м/с.

Блискавка вдарила в найвищу вершину України — гору Говерлу. Спостерігач знаходиться на сусідній горі на відстані 4,25 км від місця удару блискавки. Через скільки секунд він почує грім, якщо швидкість звуку в повітрі становить 340 м/с?

Поясніть, чому звук не може поширюватися у вакуумі.

Відстань між вушними раковинами у дорослої людини становить 17 см, у дитини — 15 см. Якщо звук поширюється збоку, на скільки раніше одне вухо сприйме звук порівняно з іншим? Порівняйте результати для дорослої людини та дитини й оцініть, чи значна ця різниця.

Завдання 8.1. Моделювання звукової хвилі І. Постановка завдання. Відчуйте себе в ролі науковців та науковиць. Ваше завдання полягає в тому, щоб за допомогою м’якої пружини створити та дослідити модель звукової хвилі. ІІ. Збір і обробка необхідної інформації. Створити модель звукової хвилі можна за допомогою м’якої горизонтальної пружини, рухаючи вперед-назад один з її кінців.

158

Звук © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

нерухомий кінець

рухи вперед і назад

Модель — це система, яка заміняє досліджуваний об’єкт з метою отримання нових знань про нього. Пружина є моделлю середовища, в якому поширюється звукова хвиля, а рух витків пружини моделює рух молекул у повітрі, під час поширення звукової хвилі.

ІІІ. Створення моделі. 1. Об’єднайтеся в пари. 2. Підготуйте обладнання: гладка поверхня, м’яка пружина, вата. 3. Домовтеся про співпрацю зі своїм партнером / партнеркою. Хтось з вас повинен зафіксувати один кінець пружини, а хтось виконуватиме роль джерела звуку, рухаючи її вільний кінець. 4. Разом з партнером / партнеркою візьміть гнучку пружину, рухами вперед-назад створіть хвилю, яка поширюється паралельно довжині пружини. 5. Для спостереження за рухом хвилі закріпіть маленький шматочок вати на одному з витків пружини, бажано на тому, який знаходиться приблизно по центру пружини. 6. Створіть ще одну хвилю, та спостерігайте за рухом позначеного витка. ІV. Вивчення й аналіз моделі як джерела нової інформації. Спостерігайте поширення хвилі вздовж пружини та дайте відповіді на питання. а) Як утворюється хвиля, що поширюється вздовж пружини? Що є джерелом цієї хвилі? б) Опишіть, який рух здійснює кожен окремий виток пружини під час поширення хвилі. в) В якому напрямку поширюється хвиля вздовж пружини? г) Чи відбувається перенесення речовини під час поширення хвилі вздовж пружини? ґ) Чи відбувається перенесення енергії під час поширення хвилі вздовж пружини?

159

Поширення звуку © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

V. Перенесення одержаних даних з моделі на об’єкт пізнання. Про аналізуйте результати спостереження та дайте відповіді на питання. а) Як утворюється звукова хвиля? Наведіть приклади джерел звуку? б) Опишіть, як рухаються молекули в повітрі під час поширення звуку. в) В якому напрямку поширюється звукова хвиля, утворена: гітарною струною, мембраною барабана, голосовим апаратом людини? VІ. Визначення меж застосування моделі. Поміркуйте, яку властивість звуку не можна пояснити за допомогою запропонованої моделі.

Наука в дії. Еволюція уявлень про звуки Еволюція уявлень про утворення й поширення звуків. Понад 2000 років тому грецький науковець Аристотель вважав, що звук поширюється завдяки руху повітря. Також він розумів, що для поширення звуку з однієї точки простору в іншу потрібен час. Лише набагато пізніше, в XVI столітті, науковці дійшли висновку, що звук поширюється у вигляді хвиль. У XVII столітті італійський науковець Еванджеліста Торрічеллі створив вакуум, в існування якого ніхто не вірив. Невдовзі після цього ірландський науковець Роберт Бойль відкачав повітря з банки, в якій знаходився електричний дзвіночок, та показав, що звук не може поширюватися у вакуумі. Описуючи своє розуміння про природу звукових хвиль, 6 березня 1662 року Роберт Бойль сказав: «Звук складається з хвилеподібного руху повітря».

Підсумки

Ключові поняття

✎ Звук виникає внаслідок коливання частинок середовища. ✎ Під час поширення звукової хвилі в просторі відбувається перенесення енергії. ✎ Під час поширення хвилі речовина не переноситься. ✎ Звукові хвилі поширюються в газах, рідинах, твердих тілах і не поширюються у вакуумі.

Коливання, звукова хвиля, гучність звуку, швидкість поширення звуку, середовище, вакуум, модель, Герц, децибел, шум.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу пояснити, як утворюється звукова хвиля. ✅ Я можу сконструювати дротяний телефон.

160

Звук © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

rnk.com.ua/108132

Розділ 8. Тема 2

Відлуння Будете навчатися:

● пояснювати, як утворюється відлуння; ● експериментально вимірювати швидкість звуку; ● розуміти, як використовувати відлуння для досліджень; ● аналізувати, як можна зменшувати відлуння в приміщенні.

Що таке відлуння Відлуння — це звук, відбитий від віддаленої перешкоди. Іноді можна почути відлуння власного голосу. Це може статися, якщо ви кричите, перебуваючи біля великого твердого об’єкта, наприклад, скелі або стіни. Звукові хвилі, які ви створюєте, відбиваються від твердої поверхні і рухаються в зворотному напрямку з невеликою затримкою в часі. Людське вухо не здатне розрізнити відбитий сигнал від оригінального, якщо затримка між цими сигналами є меншою за 0,1 секунди. Тому, щоб почути відлуння при швидкості поширення звуку 340 м/с, мінімальна відстань перешкоди від джерела звуку має становити не менше ніж 17 м.

Рис. 8.9. Відбивання звукових хвиль від скелі

Рис. 8.10. Схема утворення відлуння

Попрактикуйтеся 1 2

Чому неможливо почути відлуння, якщо крикнути, перебуваючи на відстані 3 м біля скелі? Дівчина кричить у напрямку скелі. Через 1,5 секунди вона чує відлуння. Звук долає відстань 1 км за 3 секунди. На якій відстані від скелі знаходиться дівчина? Підготуйте блок-схему, що описує передачу і перетворення енергії під час утворення відлуння.

161

Відлуння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Використання відлуння Відлуння можна використовувати для вимірювання швидкості звуку. Крім того, якщо ви знаєте швидкість звуку в середовищі, ви можете використовувати відлуння для вимірювання відстані між джерелом звуку та об’єктом, який його відбиває. Це можна зробити, вимірявши час, за який відлуння від джерела досягає об’єкта й повертається назад до джерела. Ця ідея використовується в ультразвуковому скануванні, де особливий тип звукової хвилі надсилається в людське тіло і відбивається назад, коли вона досягає досліджуваного органу. Відбивання ультразвукової хвилі потім використовується для створення зображень.

Наука в дії. Еволюція уявлень про звуки

Передавач гідролокатора

Приймач гідролокатора

Морське дно

Рис. 8.11. Об’єкт геометрично правильної форми, знайдений на дні Чорного моря за допомогою гідролокації

Гідролокація — визначення за допомогою звукових хвиль місцеположення у воді рухомих і нерухомих об’єктів. Її застосовують для виявлення підводних залишків суден, для створення карт рельєфу дна океану. Картографування глибин океанів та морів робить морські подорожі безпечнішими, оскільки зменшується ймовірність пошкодження суден підводними скелями. В Україні науковці та науковиці досліджують рельєф дна річок та північно-західного шельфу Чорного моря. Державною установою «Науковий гідрофізичний центр Національної академії наук України» впродовж 2018–2019 рр. було виконано 7 комплексних наукових експедицій, під час яких за допомогою гідролокації вивчали стан морського та річкового середовищ. 2019 року було виконано площинну гідроакустичну зйомку частини північно-західного шельфу Чорного моря загальною площею 75 км2. На дні Чорного моря науковці / науковиці виявили більше 100 об’єктів природного й штучного походження, визначили їх координати та розміри.

162

Звук © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 4

Поясніть, як кажани, маючи слабкий зір, знаходять здобич за допомогою звукових хвиль.

Завдання 8.2. Вимірювання швидкості звуку 1686-го року Ісаак Ньютон першим використав відлуння, щоб оцінити швидкість звуку в повітрі. Ідея Ньютона полягала в тому, щоб виміряти відстань, яку проходить звук до перешкоди, та час, який потрібен звукові, щоб дійти до перешкоди та повернутися до спостерігача. Ньютон вимірював час за допомогою маятника. В результаті експерименту він встановив, що звук поширюється в повітрі зі швидкістю близько 340 м/с. Ваше завдання полягає в тому, щоб проаналізувати експеримент Ньютона та виміряти швидкість звуку в повітрі. 1. Об’єднайтеся в пари. Подумайте, яке обладнання вам знадобиться, щоб значення виміряних величин були якомога точнішими. 2. Розробіть план вашого дослідження та виконайте експеримент. 3. Підготуйте таблицю для нотування результатів десяти повторних вимірювань. Зверніть увагу на промахи (результати вимірювань, що значно відрізняються від інших). За необхідності повторіть випробування ще раз. 4. Проаналізуйте результат вашого експерименту. 5. Оцініть достовірність значення швидкості звуку, отримане під час експерименту. 6. Порівняйте ваш результат з результатом Ньютона. 7. Зробіть висновок дослідження. Запропонуйте способи покращення результатів експерименту. Що потрібно зробити, щоб значення ви- мірюваних величин у вашому експерименті були більш точними?

Зменшення відлуння В більшості випадків відлуння не є корисним. Наприклад, через те, що в кімнатах з голими стінами та кахельною підлогою голоси людей відбиваються, вам може бути важко зрозуміти, що говорять ваші друзі. Подібні проблеми можуть виникати в театрах і концертних залах. На допомогу інженерам і будівельникам приходять матеріали, які добре поглинають енергію звукових хвиль (розсіюють звукові хвилі) і тому не створюють відлуння.

Рис. 8.12. Студія звукозапису

163

Відлуння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Найтихішим місцем на Землі, згідно з Книгою рекордів Гіннеса, є безшумна випробувальна камера, розташована в Лабораторії Орфілда, Міннеаполіс, США. Вона поглинає 99,99 % усіх звуків. Потрапивши до цієї камери, ви можете почути звук биття свого серця. У темряві у цій безшумній камері люди витримують не більше ніж 45 хвилин.

Попрактикуйтеся 5

Семен та Оленка перебувають на відстані 300 м від великої скелі. Діти по черзі кричать у напрямку скелі й за допомогою секундоміра вимірюють, через який час після крику почують відлуння свого голосу. Семен почув відлуння свого голосу через 2,1 с, а Оленка — через 2,4 с. Проаналізуйте результати вимірювань. Тверді матеріали краще відбивають звук. Це означає, що вони створюють сильніше відлуння, ніж м’які матеріали. Тому тверді матеріали використовують в якості провідників звуку, а м’які матеріали застосовують для звукоізоляції.

Зв’язки в науці З розділу «Енергія» ви дізналися про те, що енергія може передаватися та розсіюватися у вигляді звуку. Коли звукова хвиля досягає відбиваючої поверхні, то частина її енергії розсіюється в матеріалі поверхні. Тому відбита звукова хвиля має набагато меншу енергію. Які ознаки вказують на те, що звукова хвиля втратила частину енергії?

Попрактикуйтеся 6

Чому сидіння в театрах зазвичай оббиті м’якими матеріалами?

Які матеріали, на вашу думку, найкраще поглинають звук? Чому?

Що відбувається зі звуком, коли він потрапляє на різні матеріали, наприклад, тканину чи метал? Як це впливає на акустику?

164

Звук © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Попрактикуйтеся 9 10

Поясніть, як розсіюється звук у студії звукозапису. Як би ви облаштували кімнату для кращої акустики? Які матеріали чи предмети ви б використали?

Чому відлуння становлять проблему в студіях звукозапису?

Яким критеріям має відповідати приміщення студії звукозапису?

Підсумки

Ключові поняття

✎ Відлуння виникає внаслідок відбивання звукових хвиль. ✎ Частина енергії звукової хвилі розсіюється в матеріалі відбиваючої поверхні, тому відбита звукова хвиля має набагато меншу енергію. ✎ Відлуння використовують для вимірювання відстаней. ✎ У більшості випадків відлуння не є корисним, оскільки створює небажаний шум.

Відлуння, відбивання, гідролокація, відстань до перешкоди, швидкість звуку, шумоізоляція, промахи, точність.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу обрати обладнання, необхідне для вимірювання швидкості звуку за допомогою відлуння. ✅ Я можу розробити план експерименту для вимірювання швидкості звуку за допомогою відлуння. ✅ Я можу оцінити результати вимірювань та знайти промахи.

165

Відлуння © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. В якому середовищі звукова хвиля не поширюється? А

у воді;

у склі;

Г у вакуумі.

в повітрі;

2. Якою має бути мінімальна відстань між відбиваючою поверхнею та спостерігачем, щоб почути чітке відлуння, якщо швидкість поширення звуку становить 340 м/с? В 17 м; А 20 м; Б

Г 40 м.

34 м;

3. Тарас потрапив під сильну грозову зливу. Він вимірював час від моменту, коли побачив блискавку, до моменту, коли почув грім. Проаналізуйте результати вимірювань Тараса та вкажіть, який спалах блискавки був найближчим до хлопчика.

Спалах блискавки

Через скільки часу Тарас чує грім

Перший

15 секунд

Другий

20 секунд

Третій

2 секунди

Четвертий

7 секунд

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 4. Опрацюйте додаткові джерела інформації та дізнайтеся про способи мінімізації сил опору у світі спорту. енергії

тверді

повздовження

речовини м’які

відлуння

коливання

— це рух, який повторюється через певні проміжки часу. Звукова хвиля — це

хвиля: вона

складаються з частинок, що коливаються вздовж напряму поширення хвилі, створюючи області згущення і розрідження. Під час поширення звукової хвилі в просторі відбувається перенесення

i не відбувається перенесення

матеріали створюють сильніше

відлуння, ніж

матеріали.

166

5. Створіть блок-схеми, що описують передачу і перетворення енергії під час утворення відлуння: а) в кімнаті з голими стінами та кахельною підлогою; б) у студії звукозапису. 6. У повітрі з підвищенням температури швидкість поширення молекул і відстані між ними збільшуються. Порівняйте швидкість поширення звуку в нагрітому та охолодженому повітрі. 7. Хлопчик гучно крикнув у бік скелі, що знаходиться на відстані 400 м від нього. Через який час він почує відлуння свого голосу? Швидкість поширення звуку вважайте рівною 340 м/с.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 8. Під час святкового параду ведучий ударив у великий барабан, щоб розпочати захід. Глядач, який стояв на відстані, почув звук через 7 секунд після того, як побачив рух ведучого. Визначте, на якій відстані знаходився глядач, якщо швидкість звуку в повітрі становить 340 м/с. 9. Відчуйте себе в ролі інженерів-винахідників. Ваше конструкторське завдання полягає в тому, щоби спроєктувати, сконструювати і випробувати модель звукоізоляційної кімнати. 10. Розробіть план дослідження та виконайте експеримент щоб порівняти, який з матеріалів краще поглинає звукові хвилі. Для виконання дослідження використайте таке обладнання: металева ємність (відро, каструля), паперовий ящик, тканина, папір, пінопласт, джерело звуку, шумомір. а) Сформулюйте дослідницьке завдання. б) Визначте незалежну, залежну і контрольні змінні дослідження. в) Опишіть хід виконання експерименту. г) Яких заходів треба вжити, щоб результати були якомога точними. ґ) Співак хоче зробити одну кімнату в своєму будинку звуконепроникною. Це означає, що звукові хвилі не повинні потрапляти в кімнату або поширюватися з неї. Який матеріал для звукоізоляції обере співак, якщо скористається результатами вашого експерименту?

167

9 Розділ

Електричний струм Електрика — основа сучасного життя. Вона живить техніку, транспорт, освітлення та забезпечує роботу життєво важливих систем. Електричні імпульси керують функціонуванням нервової системи та серця. Розуміння електричного струму допомагає пояснити, як працюють лампи, побутові прилади та енергосистеми. Без електрики світ був би зовсім іншим.

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● з яких елементів складається електричне коло; ● які речовини і матеріали належать до провідників, а які — до діелектриків; ● способи з’єднання елементів кола; ● як виміряти силу струму в електричному колі. У цьому розділі ви навчитеся: ● використовувати модель електричного кола, щоб пояснювати призначення елементів; ● читати схеми електричного кола; ● складати електричні кола з послідовним з’єднанням елементів; ● досліджувати залежність значення сили струму від розташування і кількості елементів електричного кола. rnk.com.ua/108133

rnk.com.ua/108134

Розділ 9. Тема 1

Електричне коло Будете навчатися:

● розуміти поняття електричного струму; ● пояснювати, які частинки є носіями електричного струму; ● розрізняти провідники та діелектрики.

Найпростіше електричне коло Найпростіше електричне коло складається зі з’єднаних провідниками джерела струму, споживачів струму та замикальних (розмикальних) пристроїв.

Лампа

Гальванічний елемент

Завдання 9.1. Вмикання лампи 1. За допомогою гальванічного елемента, лампи, ключа та декількох проводів складіть електричне коло за рисунком 9.1. 2. Поясніть призначення кожного елемента електричного кола. 3. Поясніть, що відбувається, коли ключ замикають?

Вимикач Рис. 9.1. Електричне коло

4. Що станеться, якщо ключ замкнути на тривалий проміжок часу?

Попрактикуйтеся 1

Порівняйте будову електричного ліхтарика з електричним колом, досліджуваним у завданні 9.1.

Наведіть приклади джерел електричного струму.

В якому випадку ви змінюєте батарейки у своєму ліхтарику?

Підготуйте блок-схему, що описує передачу і перетворення енергії під час роботи ліхтарика.

169

Електричний струм Електричний струм — це напрямлений потік носіїв електричного заряду. Носієм елементарного негативного заряду є електрон. Під час вимірювання сили струму ми вимірюємо кількість заряду q, який протікає через поперечний переріз провідника за проміжок часу. Сила струму вимірюється в Амперах (А) та розраховується за формулою: q I = t. Це рівняння можна представити за допомогою текстової формули (рис. 9.2) та графічної схеми (рис. 9.3).

сила струму =

електричний заряд час

Рис. 9.2. Текстова формула сили струму

Рис. 9.3. Графічна схема сили струму

Електричний заряд дорівнює добутку кількості заряджених частинок, які проходять через провідник на елементарний заряд. q = Ne, де e — заряд електрона (елементарний заряд). e = –1,6 • 10–19 Кл. Електричний заряд вимірюється в Кулонах (Кл).

Попрактикуйтеся 5

У якій частині атома хімічного елемента розміщені електрони та як визначити їх кількість?

Дізнайтеся, чим відрізняється розподіл електронів у атомах металічних і неметалічних елементів, і як це впливає на властивості утворених ними речовин.

Через провідник зарядного пристрою для електромобіля за одну годину проходить струм силою 5 мА. Скільки електронів переміститься через провідник за цей час?

170

Механічна модель електричного кола Науковці та науковиці часто використовують моделі, щоб пояснити явища і процеси, які неможливо побачити. Використаємо механічну модель електричного кола, щоб краще зрозуміти призначення його елементів. Механічна модель (рис. 9.4) складається з довгої мотузки, зв’язаної у вигляді петлі, учителя / учительки, учнів і учениць, що стають у коло та тримають мотузку. Учитель / учителька тягне мотузку та відіграє роль джерела енергії, тобто є моделлю джерела струму, що живить електричне коло. Рухома мотузка є моделлю електричного струму. Пригадаємо, що електричний струм — це напрямлений потік заряджених частинок. Учні, які тримають мотузку, не стискаючи її, є моделями провідників, а учні, які стискають мотузку, є моделями споживачів електричного струму. Під час вимірювання сили струму ми вимірюємо кількість заряду, який щосекунди протікає через поперечний переріз провідника. Стискаючи мотузку учні / учениці чинять опір її рухові. Щоб мотузка продовжувала рухатися, учитель / учителька має прикладати більшу силу та витрачати більше енергії. Ця енергія перетворюється на теплову енергію рук учнів, що стискають мотузку, та в теплову енергію мотузки. Нитка розжарення електричної лампи виготовлена зі спеціального дуже тонкого дроту, який чинить опір проходженню струму. Це ускладнює протікання струму. В лампі електрична енергія переходить спочатку в теплову енергію нитки розжарення. Після того, як нитка розжарення нагрівається до температури 2000 °С — 2800 °С, вона починає випромінювати світло.

Рис. 9.4. Механічна модель електричного кола

Рис. 9.5. Якщо схопити мотузку сильніше, то це чинитиме опір її рухові

Рис. 9.6. Лампа світиться, коли в електричному колі протікає струм

171

Попрактикуйтеся 8

На основі механічної моделі електричного кола зробіть висновок про виникнення електричного струму на різних ділянках кола після замикання ключа. а) Струм виникає одночасно в усіх точках електричного кола. б) Струм виникає в джерелі струму і поступово поширюється до всіх інших елементів кола.

Провідники і діелектрики

Рис. 9.7. Мідний дріт

Рис. 9.8. Захисне приладдя, виготовлене з діелектриків

Матеріали, які добре проводять електричний струм, називаються провідниками. Більшість провідників є металами, адже вони містять велику кількість вільних електронів. Всередині металевого провідника ці електрони вільно рухаються у вигляді електронного газу. Речовини та матеріали, які погано проводять електричний струм, називаються діелектриками. Переважна більшість електронів всередині діелектриків не можуть вільно рухатися, тобто носії струму майже відсутні в діелектриках. До діелектриків належать багато твердих речовин (ебоніт, скло, гума та ін.), рідин (дистильована вода, гас, спирт та ін.), газів (кисень, водень, вуглекислий газ та ін.). Діелектрики використовують для створення електричної ізоляції. В Україні налагоджене сучасне виробництво кабельної продукції. Більше 30 підприємств виготовляють проводи, шнури, кабелі, подовжувачі тощо.

Завдання 9.2. Дослідження на електропровідність Дослідження матеріалів на провідність електричного струму. Світіння лампи в електричному колі, яке зображено на рис. 9.9 (а) означає, що нитка розжарення лампи, вимикач і дроти виготовлені з провідників. В електричному колі, яке зображено на рис. 9.9 (б), лампа не світиться. Це означає, що досліджуваний зразок матеріалу є діелектриком.

172

Сплануйте і виконайте дослідження, щоб визначити, які з запропонованих матеріалів (мідний провід, ніхромовий провід, скло, пластик, вуглець тощо) є провідниками, а які — діелектриками.

а)

1. Складіть список обладнання, необхідного для виконання дослідження. 2. Опишіть, як ви будете визначати, які матеріали є провідниками електричного струму. 3. Створіть таблицю для запису результатів вашого дослідження.

б)

4. Виконайте дослідження та заповніть таблицю результатів. 5. Зробіть висновок, зазначте, які матеріали проводять електричний струм. Рис. 9.9.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Електричний струм — це напрямлений потік заряджених частинок. ✎ Гальванічні елементи в електричних колах є джерелом енергії. ✎ Провідники — це матеріали, які добре проводять електричний струм. ✎ Діелектрики — матеріали, що погано проводять електричний струм. ✎ Метали є хорошими провідниками електричного струму. ✎ Більшість неметалів є діелектриками.

Електричний струм, електричне коло, електрон, провідники, діелектрики.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу використовувати механічну модель електричного кола, щоб пояснити чому в провіднику виникає і протікає струм. ✅ Я можу побудувати електричне коло з послідовним з’єднанням елементів. ✅ Я можу розробити план дослідження.

173

rnk.com.ua/108135

Розділ 9. Тема 2

Поширення звуку ● розуміти електричні схеми;

Будете навчатися:

● визначати способи з’єднання елементів електричного кола; ● аналізувати методи порівняння світіння лампи в різних електричних колах.

Умовні позначення елементів електричного кола Електрична схема — це креслення, на якому за допомогою символів і позначень зображено всі елементи електричного кола та їх розташування в електричному колі. A

A вимикач (закритий)

вимикач (відкритий)

гальванічний елемент A

батарея гальванічних елементів

A електричний дзвінок

амперметр

лампочка

Рис. 9.10. Умовні позначення деяких елементів електричного кола

б Рис. 9.11. Два способи з’єднання елементів електричного кола: а — послідовне; б — паралельне

174

Основними способами з’єднання елементів електричного кола є: послідовне з’єднання (електричне коло складається з єдиної замкнутої ділянки, через яку проходить струм); паралельне з’єднання (електричне коло має кілька ділянок, у яких електричний струм розподіляється між елементами). Ключ використовують для того, щоб вмикати і вимикати споживачі електричної енергії. У момент замикання ключа електричне коло стає замкненим і у ньому виникає електричний струм. Під час розмикання ключа струм в електричному колі припиняється. Електричний струм

Гальванічний елемент (батарея гальванічних елементів) є джерелом енергії в електричному колі. Амперметр — вимірювальний прилад, який включають послідовно в електричне коло і використовують для вимірювання значення сили струму. Електричний дзвінок та електрична лампа — споживачі електричної енергії.

Попрактикуйтеся 1

На рис. 9.12 зображено схеми двох електричних кіл. Визначте спосіб з’єднання елементів кожного кола.

Накресліть схему електричного кола, що складається з двох гальванічних елементів, трьох ламп, амперметра, ключа, з’єднаних послідовно.

б Рис. 9.12.

Послідовне з’єднання провідників В електричному колі яскравість світіння лампи залежить від значення сили струму в лампі. Чим більший заряд переноситься щосекунди через поперечний переріз нитки розжарення лампи, тим яскравіше вона світиться. Якщо в електричному колі змінити кількість ламп і гальванічних елементів, то це вплине на яскравість світіння ламп. Використовуючи механічну модель електричного кола, можна порівняти яскравість світіння лампи в електричних колах з різною кількістю однакових ламп та гальванічних елементів.

Попрактикуйтеся 3

Назвіть елементи електричного кола, яким відповідають такі складові механічної моделі? а) Люди, що тягнуть мотузку. б) Люди, що стискають мотузку.

175

Попрактикуйтеся 4

Спрогнозуйте, як зміниться яскравість світіння електричної лампи в колі з послідовним з’єднанням елементів, якщо: а) збільшити кількість гальванічних елементів; б) збільшити кількість електричних ламп.

Електричне коло складається з одного гальванічного елемента та двох однакових ламп, з’єднаних послідовно. Зробіть висновок про те, як зміниться яскравість світіння ламп, якщо в це коло послідовно включити ще один гальванічний елемент і дві лампи. Додані гальванічний елемент та лампи такі ж, як і ті, що вже були включені в електричне коло. а) Лампи світитимуть яскравіше. б) Лампи світитимуть тьмяніше. в) Яскравість світіння ламп не зміниться.

Завдання 9.3. Порівняння електричних кіл Розробіть план дослідження та виконайте експеримент, щоб з’ясувати, як кількість ламп та гальванічних елементів впливає на яскравість світіння в колі з послідовним з’єднанням. 1. Складіть електричне коло, схему якого зображено на рис. 9.13 а. Замкніть ключ, спостерігайте світіння лампи.

Рис. 9.13.

176

2. Складіть усі електричні кола, схеми яких зображені на рис. 9.13 б-ж. Для кожного кола порівняйте яскравість світіння ламп з світінням лампи в колі, схему якого зображено на рис. 9.13 а. 3. В якому електричному колі кожна електрична лампа світиться найяскравіше? Поясніть чому. 4. В якому електричному колі кожна електрична лампа світиться найтьмяніше? Поясніть чому. 5. В яких трьох електричних колах лампи світять однаково яскраво?

Наука в дії. Лампи Івана Пулюя Український фізик та електротехнік, уродженець Тернопільщини, Іван Пулюй у 1882 р. створив лампу розжарювання, яка мала набагато довший термін служби, ніж лампа розжарення Томаса Едіссона. Іван Пулюй очолював виробництво ламп власної конструкції в австрійському місті Штайрі, де в 1884 р. його лампами було яскраво освітлено електротехнічну виставку. Найвагомішим винаходом Івана Пулюя стала «лампа Пулюя», що випромінює Х-промені. Її винахідник сконструював у 1881 р. За допомогою своєї лампи Іван Пулюй робив знімки, які отри мали назву рентгенівських. У 1895 р. німецький фізик Вільгельм Рентген скористався лампою, яку сконструював Пулюй, і першим заявив про відкриття Х-променів. За це Рентген став першим лауреатом Нобелівської премії в галузі фізики.

Підсумки

Рис. 9.14. Іван Павлович Пулюй (1845–1918) — український фізик та електротехнік, винахідник

Ключові поняття

✎ Елементи електричного кола зображають за допомогою символів. ✎ Основними способами з’єднання елементів електричного кола є послідовне і паралельне з’єднання. ✎ Зміна кількості елементів електричного кола може призвести до зміни сили струму.

Електрична схема, послідовне з’єднання, паралельне з’єднання.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу спрогнозувати результати експерименту на основі наукової моделі. ✅ Я можу читати електричні схеми, будувати та порівнювати кола.

177

rnk.com.ua/108136

Розділ 9. Тема 3

Сила струму ● вимірювати силу струму;

Будете навчатися:

● складати схеми електричних кіл; ● залежності сили струму в електричному колі від кількості споживачів електричної енергії.

Вимірювання сили струму Електричний струм — це напрямлений рух заряджених частинок під дією електричного поля. Сила струму — це фізична величина, яка чисельно дорівнює заряду, який проходить щосекунди через поперечний переріз провідника. Для вимірювання сили струму використовують амперметр. Амперметр має позитивну та негативну клеми.

Правила вимірювання сили струму амперметром

Рис. 9.15. Види амперметрів: а — цифровий; б — лабораторний із дзеркальною шкалою

1. Переконатися, що коло розімкнене. 2. Підключити амперметр послідовно з тим споживачем, у якому треба виміряти силу струму. 3. Клему амперметра, яка підписана знаком «+» треба з’єднати з провідником, що йде від позитивного полюса джерела струму. Клему, що підписана знаком «–», з’єднують з провідником, що йде до негативного полюса джерела струму. 4. Не можна вмикати амперметр у коло, в якому відсутні споживачі струму.

Завдання 9.3. Порівняння електричних кіл Вимірювання сили струму в електричному колі з послідовним з’єднанням провідників. Виміряйте силу струму в трьох різних точках електричного кола, схему якого зображено на рис. 9.16. 1. Пригадайте механічну модель електричного кола. Швидкість руху мотузки моделює силу струму в електричному колі.

178

2. Створіть таблицю результатів дослідження. Складіть електричне коло, схему якого зображено на рис. 9.16. Замкніть ключ та виміряйте значення сили струму в точці 1. Запишіть у таблицю результат вимірювання.

3. Складіть електричне коло з амперметром у точці 2. Виміряйте й запишіть значення сили струму в точці 2.

Рис. 9.16. Вимірювання сили струму

4. Виміряйте значення сили струму в точці 3. 5. Зробіть висновок про значення сили струму в колі з послідовним з’єднанням провідників.

Механічним аналогом сили струму є швидкість руху мотузки. В електричному колі ми вимірюємо швидкість протікання електричного заряду через поперечний переріз провідника. Величина заряду або кількість електронів, що проходять через будь-яку точку електричного кола щосекунди, є мірою електричного струму. Кожен електрон є носієм елементарного електричного заряду. Щоб механічній моделі надати більшу енергію, треба сильніше тягнути за мотузку. Тоді мотузка рухатиметься швидше. Щоб додати більше енергії в електричне коло, треба приєднати ще один гальванічний елемент. Зростання сили струму відбувається не за рахунок збільшення швидкості руху електронів, а за рахунок зростання кількості електронів, що проходять щосекунди через поперечний переріз провідника. За малих значень сили струму швидкість руху електронів така ж, як і за великих значень!

Сила струму (в амперах)

Аналіз механічної моделі електричного кола

Кількість гальванічних елементів Рис. 9.17. Збільшення кількості гальванічних елементів у колі з послідовним з’єднанням призводить до зростання сили струму

179

Порівняння значення сили струму в електричних колах Зміна кількості елементів електричного кола призводить до зміни значення сили струму в електричному колі. Включення в електричне коло більшої кількості гальванічних елементів означає, що в коло передається більше енергії. Це призводить до зростання значення сили струму. На рис. 9.17 показано залежність значення сили струму від кількості гальванічних елементів електричного кола. Графік не є лінійним, через те що металеві провідники нагріваються і гірше проводять електричний струм. Зі збільшенням кількості гальванічних елементів все більша частина електричної енергії переходить у теплову.

Попрактикуйтеся 1

Електричне коло складається з одного гальванічного елемента, лампи та амперметра, з’єднаних послідовно. Як зміниться значення сили струму в електричному колі, якщо в коло послідовно включити ще один гальванічний елемент і одну лампу (такі ж, як і ті, що вже були включені в електричне коло). Сила струму: а) Зросте. б) Зменшиться. в) Не зміниться.

Поясніть, чому в електричному колі під час перегорання однієї з послідовно з’єднаних ламп інші лампи при замиканні ключа також не працюють.

Поміркуйте, чому для домашнього освітлення завжди використовують паралельне з’єднання провідників.

Наука в дії. Винайдення трамваю У другій половині ХІХ ст. над створенням електричного трамваю одночасно працювали декілька винахідників.

180

Рис. 9.18. Піроцький Федір Аполлонович (1845–1898)

Зокрема, українець із козацького роду Федір Аполлонович Піроцький, німецький інженер-промисловець Вернер фон Сіменс та американський інженер Лео Дафт. Проте пріоритет на винахід електричного трамвая, саме як міського транспорту, належить українцю Федору Піроцькому, який розробив першу у світі електрифіковану трамвайну систему. Саме за схемою Піроцького в 1881 році в Берліні було сконструйовано першу у світі електричну трамвайну лінію. На території України перший електричний трамвай, сконструйований за схемою Піроцького, з’явився в червні 1892 року в Києві. Згодом відкрився рух електричного трамвая в таких українських містах, як Львів (1894 р.), Дніпро (1897 р.), Чернівці (1897 р.), Кропивницький (1897 р.), Житомир (1899 р.).

Підсумки

Ключові поняття

✎ Силу струму вимірюють амперметром. ✎ В електричному колі з послідовним з’єднанням провідників сила струму у всіх точках кола однакова. ✎ Якщо в електричному колі з послідовним з’єднанням провідників збільшити кількість гальванічних елементів, то сила струму зросте. ✎ Якщо в електричному колі з послідовним з’єднанням провідників збільшити кількість споживачів, то сила струму зменшиться.

Сила струму, амперметр, ампер, графік.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу визначити та контролювати змінні дослідження. ✅ Я можу виміряти силу струму в електричному колі. ✅ Я можу створити схему електричного кола.

181

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Як на електричних схемах зображують? а) гальванічний елемент; б) електричний дзвінок; в) батарею гальванічних елементів; г) ключ. 2. Вкажіть одиницю вимірювання сили струму в системі СІ.

Ньютон; Б Ампер;

Вольт;

Секунда.

3. Встановіть відповідність між складовими механічної моделі електричного кола і елементами електричного кола. 1) Людина, що тягне мотузку 2) Людина, що стискає мотузку 3) Швидкість руху мотузки 4) Мотузка

а) Лампа б) Заряд в) Гальванічний елемент г) Сила струму

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 4. Чому важливо, щоб амперметр майже не споживав електроенергію в електричному колі? 5. Збираючи електричне коло, Марійка послідовно з’єднала гальванічний елемент, лампу та ключ. Опишіть зміни, що відбудуться в електричному колі, якщо включити послідовно в коло ще один гальванічний елемент.

2 Рис. 9.19.

182

6. Тарас вимірює силу струму в електричному колі, схему якого зображено на рис. 9.19. Сила струму в точці 1 становить 0,1 А. Яка сила струму в точках 2 і 3? Створіть блок-схему, що описує передачу і перетворення енергії в електричному колі в завданні 4.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 7. Розробіть план дослідження та виконайте експеримент, щоб з’ясувати, як кількість ламп та гальванічних елементів впливає на значення сили струму в колі з послідовним з’єднанням ламп. а

б $

ґ $

8. Андрій та Світлана виконали дослідження, щоб з’ясувати, як кількість гальванічних елементів, що використовуються для живлення електричного дзвінка, впливає на гучність його звуку. Гучність звуку вимірювали в децибелах (дБ) за допомогою шумоміра. Чим більшу кількість децибел показує шумомір, тим гучніший звук. У таблиці наведено результати вимірювань. Кількість гальванічних елементів

Гучність 1 (дБ)

Гучність 2 (дБ)

Гучність 3 (дБ)

а) Накресліть схему електричного кола, яке потрібно скласти, щоб протестувати гучність для трьох гальванічних елементів. б) Чому учням довелося повторити експеримент тричі для кожної кількості гальванічних елементів? в) Напишіть висновок на основі результатів, наведених у таблиці. 9. Відчуйте себе в ролі інженера-електрика. Спроєктуйте, сконструюйте та випробуйте власний ліхтарик.

183

10 Розділ

Оболонки Землі Чому відбуваються землетруси, руйнівні цунамі та виверження вулканів? Який хімічний склад має атмосферне повітря? До того часу, як на Землі з’явилися перші люди, вона існувала вже понад 4 млрд років. Впродовж тривалої історії вигляд нашої планети та склад її повітряної оболонки неодноразово змінювалися.

У цьому розділі ви дізнаєтеся: ● про літосферні плити, їх рухи та взаємодію; ● як, чому та де виникають землетруси, вулкани, цунамі, складчасті гори; ● з яких газів складається атмосферне повітря, як змінювався його склад у ході розвитку Землі; ● які фізичні процеси забезпечують колообіг води на Землі. У цьому розділі ви навчитеся: ● описувати внутрішню будову Землі; ● наводити докази рухів літосферних плит; ● пояснювати наслідки впливу людської діяльності на склад атмосферного повітря. rnk.com.ua/108137

rnk.com.ua/108138

Розділ 10. Тема 1

Літосфера Будете навчатися:

● відрізняти будову материкової та океанічної земної кори; ● пояснювати поняття літосфери та її складових частин; ● розуміти гіпотези та теорії про рухи літосферних плит; ● визначати причини руху літосферних плит; ● уявляти вигляд планети Земля в минулому.

Внутрішня будова Землі Земля має форму геоїда з середнім радіусом 6371 км. Геоїд — це уявна поверхня, що збігається з середнім рівнем океану в стані спокою й проходить під материками. Вона відповідає поверхні рівного гравітаційного потенціалу. Літосфера — це тверда оболонка Землі, що складається із земної кори та верхньої частини мантії, до астеносфери. В центрі Землі розміщується ядро. Зовнішній шар Землі називається земною корою. Між ядром і земною корою знаходиться мантія (рис. 10.1). Ядро — найбільш щільна й розпечена частина планети, речовина якої перебуває під величезним тиском. Внутрішня, тверда частина ядра немов плаває в зовнішньому, рідкому шарі. Внутрішнє та зовнішнє ядра складаються з металів — заліза та нікелю, які розжарені до височенних температур. Теоретично вважається, що температура ядра Землі понад 5 000 °C, що майже відповідає температурі поверхні Сонця. Мантія оточує ядро та становить 4/5 об’єму Землі. В мантії, як у гігантському котлі, відбувається постійне плавлення речовин. Астеносфера — це шар верхньої мантії Землі. Вона знаходиться на глибині 80–250 км і має пластичну, майже розплавлену структуру, що дозволяє літосферним плитам рухатися по ній. Земна кора — верхня оболонка планети. Вона складається з твердих гірських порід. Порівняно з ядром та мантією товщина земної кори найменша: на суходолі 30– 75 км, під океанами — 5–15 км.

літосфера астеносфера +1000 ОС мантія +3500 ОС зовнішнє ядро +4000 ОС внутрішнє ядро +5000 ОС

100 км 700 км

океан гори

2900 км мантія 5150 км 6371–6375 км ядро

Рис. 10.1. Внутрішня будова Землі

185

Попрактикуйтеся 1

Накресліть схему, яка ілюструє поперечний переріз земної кори. Зобразіть відмінності в товщині земної кори, на суші та під океанами.

Материкова та океанічна земна кора

Рис. 10.2. Материкова й океанічна земна кора

Земна кора — це зовнішня тверда оболонка Землі, яка є верхньою частиною літосфери. Внаслідок тривалого розвитку сформувалися два типи земної кори — материковий та океанічний (рис. 10.2). Материкова земна кора складається з трьох шарів — осадового, гранітного й базальтового. Океанічна земна кора утворена двома шарами — осадовим і базальтовим. Гранітний шар у земній корі океанічного типу відсутній або дуже тонкий, й осадові породи залягають на базальтах.

Дрейф континентів

Рис. 10.3. Фізична карта світу

Якщо уважно розглянути глобус або карту світу (рис. 10.3), можна побачити цікаву особливість обрисів багатьох берегових ліній материків (континентів) та островів. Материк — це велика ділянка суходолу, оточена водою. На Землі є шiсть материків: Євразія, Африка, Австралія, Антарктида, Північна та Південна Америка. Так, материки Південна Америка та Африка, якщо їх щільно «зсунути», досить точно з’єднаються один з одним, як деталі мозаїки. Довгий рукав Антарктичного півострова змикається з крайнім півднем Південної Америки, а форма острова Мадагаскар свідчить про його можливу єдність з Африкою. Такі спостереження навели на думку німецького науковця Альфреда Вегенера, що розташування, розміри та конфігурація материків та океанів у минулому були іншими. 1912 року науковець висунув гіпотезу «дрейфу континентів». Альфред Вегенер припустив, що в далекому минулому на Землі існував єдиний материк — Пангея, який приблизно 200 мільйонів років тому розколовся на кілька частин, з яких потім утворилися сучасні материки.

186

ІЯ

ПІВДЕННА ПІВДЕННА ПІВДЕННАА Ф АР Ф ИАРКФ И А РК И АК А АМЕРИКА АМЕРИКА АМЕРИКА

Н А

І І І АЛ АЛ АЛ Т Р С Т РС Т Р С АВ АВ АВ

ГО ГО ГО Н Н Н Д Д Д В В В А А А

РА РА РА ЄВ ЄВ ЄВ

О О К Е К ЕК Е Т Е ТАЕНТ АЕ НА Н Т Т Т І С І С І С

НА НА НА Ч КЧА КЧА К А И И И

А З АІ ЗЯАІ ЗЯ І Я В Р В РВ Р Л АЛ АЛ А

Сучасний Сучасний Сучасний світ світ світ

П АМ ІВН ПЕ І А М І ВРН ПЕ І А М І ВРН ЕР І

200200 мільйонів 200 мільйонів мільйонів років років років тому тому тому (Пангея) (Пангея) (Пангея) 150150 мільйонів 150 мільйонів мільйонів років років років тому тому тому

А Н ТА Н ТА Н Т Д А Д А Д А А Р КАТРИКАТРИК Т И

200 млн років тому (Пангея)

150 млн років тому (Пангея)

Сучасний світ

Рис. 10.4. Рух континентів

На підтвердження своєї гіпотези А. Вегенер навів докази про подібність: обрисів окремих материків; шарів гірських порід на материках, що роз’єднані океаном; скам’янілостей тварин, які не вміли літати або плавати на великі відстані в Південній Америці, Африці та Австралії. Гіпотеза А. Вегенера стала предметом гострих суперечок у науковому світі. Вона не дала відповіді на питання: які сили можуть бути настільки потужними, щоб переміщати гігантські маси твердої породи на такі великі відстані?

Завдання 10.1. Проведення наукової дискусії 1. Об’єднайтеся в дві групи та розподіліть ролі. Перша група захищатиме гіпотезу А. Вегенера. Друга представлятиме її опонентів (критиків). 2. Опрацюйте додаткові джерела інформації та дослідіть: 3. І група — аргументи, які наводив А. Вегенер для доведення своєї гіпотези «дрейфу материків»; 4. ІІ група — думки науковців того часу, які вважали гіпотезу помилковою. 5. Проведіть наукову дискусію. 6. Зробіть висновки.

Тектонічні плити Літосферні та тектонічні плити — це тісно пов’язані терміни, що описують великі рухомі блоки земної кори та верхньої мантії. Наука, що вивчає будову земної кори та рухи тектонічних плит, називається тектонікою.

187

Літосферні плити рухаються під впливом теплових потоків мантії. Вони переносять тепло з надр на поверхню планети. Рух плит настільки повільний (зазвичай кілька сантиметрів на рік), що науковцям знадобився деякий час, аби зрозуміти, що вони взагалі рухаються (рис. 10.5). Під час рухів плити здатні зближуватися, розсуватися або зміщуватися одна відносно одної.

Є В Р А З І Й С Ь К А

ПЛИТА ХУАН-ДЕФУКА

П Л И Т А

ПІВНІЧНО-

ТИХООКЕАНСЬКА ПЛИТА

А МЕ РИКАНСЬКА ПЛИТ А ІНДІЙС ЬКА АРАВІЙСЬКА

ПЛ ИТА

ПЛИТА

АФРИКАНСЬКА

КАРИБСЬКА ПЛИТА

ПЛИТА

ПЛИТА КО КОС

ТИХО-

ФІЛІППІНСЬКА

ОКЕАНСЬКА ПЛИТА

ПІВДЕННОАМЕРИКАНСЬКА ПЛИТА

ПЛИТА

ІНДО-

НАСКА

АВСТРАЛІЙСЬКА ПЛИТА

П Л И ТА С К О Ш А

АНТАРКТИЧНА ПЛИТА

Рис. 10.5. Карта основних літосферних плит земної кулі та напрямки їхнього руху

Попрактикуйтеся 2

Знайдіть на карті Україну та Японію (рис. 10.5). Назвіть плиту чи плити, на якій чи на стику яких розташовані Україна та Японія, та порівняйте наслідки такого розташування.

Одна літосферна плита рухається з середньою швидкістю 50 мм за рік. Оцініть, на яку відстань переміститься плита за 100 мільйонів років.

За допомогою рис. 10.5 установіть, які літосферні плити є океанічними, а які складаються з материкової та океанічної земної кори.

188

Попрактикуйтеся 5

Розгляньте рис. 10.6. Знайдіть на карті (рис. 10.5) місця, де відбувається процес, подібний тому, що зображений на малюнку. Спробуйте спрогнозувати наслідки цього процесу.

Порівняйте будову материкової та океанічної земної кори. Вкажіть схожі та відмінні характеристики.

Доведено, що літосферні плити рухаються. Що є джерелом енергії, яка рухає літосферні плити?

Рис. 10.6.

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Передача енергії» ви дізналися про різні види та способи передачі енергії. Створіть блок схему, яка демонструє перетворення однієї форми енергії в іншу, кінцевим результатом якої є рухи літосферних плит.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Внутрішня будова Землі — це динамічна система, що складається з ядра, мантії та земної кори, яка генерує тепло, рухає літосферні плити та впливає на геологічні процеси на планеті. ✎ Земна кора складається з великих блоків — літосферних плит. ✎ Літосферні плити рухаються під впливом конвекційних течій у мантії. ✎ Сучасні материки та океани утворилися в результаті переміщень літосферних плит, що тривають сотні мільйонів років.

Ядро, мантія, земна кора, літосферні плити, гіпотеза, доказ, теорія.

Оцініть свої досягнення ✅ Я розумію взаємозв’язок між внутрішньою будовою Землі та рухом літосферних плит. ✅ Я можу знаходити на карті та називати найбільші літосферні плити. ✅ Я можу визначати напрямки рухів літосферних плит. ✅ Я вмію пояснювати причини рухів літосферних плит.

189

rnk.com.ua/108139

Розділ 10. Тема 2

Наслідки руху тектонічних плит Будете навчатися:

● визначати види та наслідки рухів літосферних плит; ● розуміти процес утворення землетрусів, вулканів, складчастих гір; ● встановлювати закономірності поширення сейсмічних зон і вулканів; ● визначати способи спостереження та прогнозування катастрофічних наслідків землетрусів та вулканізму; ● правил поведінки під час землетрусу.

Рухи та взаємодія літосферних плит

а) розходження плит

б) зіткнення материкових плит

в) зіткнення океанічної та материкової плит

г) горизонтальне ковзання однієї плити відносно іншої

Рис. 10.7. Види взаємодії літосферних плит

Рис. 10.8. Рифт Сільфра — єдине місце у світі, де можна пропливти між двома літосферними плитами

Згідно з уявленнями сучасної науки, тектоніки, літосферні плити перебувають у постійному русі та взаємодіють. Їх рух відбувається тому, що речовина астеносфери, підіймаючись тріщинами вгору, ніби розсуває літосферні плити в протилежні боки. Оскільки Земля має кулясту форму, в іншій частині планети вони зіштовхуються. Місця взаємодії плит називають межами плит.

190

Якщо дві плити розходяться (рис. 10.7 (а)), то утворюються розломи земної кори — рифти. Найбільші виникають на дні океанів, оскільки земна кора там тонша. Через розломи розплавлена речовина мантії підіймається з глибин, виливається та застигає. В результаті утворюються велетенські підводні гірські споруди — серединно-океанічні хребти. Існують також рифти на суходолі (рис. 10.9), які з часом, внаслідок опускання та заповнення водою, можуть перетворитися на нові океани. Коли дві материкові літосферні плити зіштовхуються, їхні краї зминаються у складки й виштовхуються вгору, утворюючи складчасті гори (рис. 10.7 (б)). Так, наприклад, виникли Карпати (рис. 10.10), Кримські гори, Гімалаї. Якщо зближуються материкова й океанічна плити, то тонша й щільніша океанічна плита може занурюватися під масивнішу материкову плиту (рис. 10.7 (в)). Тоді по краю материка виникають складки — гори, а вздовж узбережжя в океані — глибоководні западини (жолоби). Зокрема, так утворилися гори Анди та Перуанська западина. Під час ковзання плит уздовж одна одної в різних напрямках (рис. 10.7 (г)) між ними виникає тертя, що може спричинити руйнування та формування гірських ланцюгів, океанічних западин чи розломів.

Рис. 10.9. Східно-Африканський рифт

Рис. 10.10. Карпати

Чому виникають землетруси? а

Рис. 10.11. Утворення землетрусів у місцях взаємодії літосферних плит Наслідки руху тектонічних плит © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

191

Епіцентр Гіпоцентр

Фронти хвиль

Розлом

Рис. 10.12. Утворення землетрусів у місцях взаємодії тектонічних плит

дріт вібрації

рама вантаж обертовий барабан

основа Рис. 10.13. Сейсмограф

На ділянках взаємодії літосферних плит може накопичуватися потенціальна енергія, вивільнення якої призводить до землетрусів і виверження вулканів, утворення гір. Землетруси — короткотривалі тектонічні рухи, що утворюються в результаті раптового вивільнення енергії. Для вимірювання сили землетрусу використовують різні шкали. Наприклад, шкала Меркаллі (від 1 до 12 балів) оцінює вплив землетрусу на земну поверхню. Шкала Ріхтера (від 1 до 10 магнітуд) вимірює енергію, яка виділяється в осередку землетрусу. В Україні, як і багатьох країнах світу, прийнято використовувати 12-тибальну шкалу (шкала інтенсивності землетрусів Медведєва–Шпонхоєра–Карніка (MSK-64)). За нею найслабший землетрус оцінюється 1 балом, найсильніший — 12 балами. Сила землетрусу залежить від кількості накопиченої енергії, яка вивільняється в осередку землетрусу — гіпоцентрі (рис. 10.12). Місце на земній поверхні, що розташоване над гіпоцентром, називають епіцентром землетрусу. Саме тут спостерігаються найбільші струси й руйнування.

Завдання 10.2. Конструювання сейсмографа Створіть модель сейсмографа — приладу, який реєструє навіть найслабші коливання земної кори. 1. Обладнання: картонна коробка, шило, стрічка, пластилін, олівець, фломастер, мотузка (або міцна нитка), тонкий картон. 2. Зробіть шилом отвір посередині верхньої частини коробки. 3. Зробіть кульку з пластиліну та проткніть у ній отвір олівцем. Просуньте фломастер в отвір таким чином, щоб його кінчик висунувся з протилежного боку кульки. Він буде викреслювати лінії коливань.

192

4. Просуньте один кінець нитки через отвір у верхній частині коробки та прив’яжіть його до олівця. Інший кінець прив’яжіть до фломастеру. Обертаючи нитку навколо олівця, відрегулюйте довжину нитки так, щоб фломастер кінчиком злегка торкався дна коробки. Закріпіть олівець клейкою стрічкою на верхній площині коробки. Покладіть шматок тонкого картону під кінчик фломастеру. 5. Випробуйте ваш сейсмограф: 6. а) удома поставте його на поверхню пральної машинки під час її роботи; б) в школі розмістіть пристрій на підлогу або шафки під час шкільної перерви. 7. Запропонуйте способи вдосконалення вашого сейсмографа.

Де можуть відбуватися землетруси? Завдання 10.3. Робота з картою Виявлення місць, де можуть відбутися землетруси Лондон

ЛосАнджелес

Токіо

Найробі Ліма

Крайстчерч

1. Проаналізуйте картосхему, на якій зображено основні літосферні плити світу, межі між ними та деякі з найбільших міст світу. 2. Зробіть прогноз, які міста піддаються ризику потужних землетрусів, а які — ні. Поясніть свої міркування. 3. Оберіть одне з міст, що перебуває в зоні ризику, і з’ясуйте, чи був у ньому руйнівний землетрус за останні 200 років. Напишіть коротко нотатки, щоб описати, що сталося. 4. Дайте відповідь на запитання та виконайте завдання: 5. чому гірські системи на материках утворені саме там? 6. зверніть увагу на межі літосферних плит. 7. Проаналізуйте, де відбувається зіткнення та розходження плит. Наслідки руху тектонічних плит © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

193

Райони поширення найсильніших землетрусів, як правило, збігаються з лініями розломів, що розділяють літосферні плити. Ці видовжені ділянки на межах літосферних плит називають сейсмічними поясами. Найбільша кількість землетрусів на нашій планеті відбувається у двох сейсмічних поясах: Середземноморському, що тягнеться від Атлантичного океану через південні райони Європи в Азію, та Тихоокеанському, який оточує Тихий океан. Натомість, на материку Австралія немає жодного діючого вулкану, а землетруси бувають вкрай рідко. Пов’язано це з тим, що Австралія розташована не на стику літосферних плит.

Чи можливі землетруси на території України?

Зона Вранча

Рис. 10.14. Поширення сейсмічних хвиль від зони Вранча (Румунія)

Більшість території України перебуває в межах стійкої частини літосферної плити. Однак зовсім поруч з Україною, у Румунії, розташована одна з найбільш небезпечних сейсмічних зон — зона Вранча (рис. 10.14), де часто відбуваються потужні землетруси. Ця зона охоплює південну (Румунія) і східну (Україна) частини Карпат. Землетруси тут відбуваються майже щодня, їхні відголоски фіксуються сейсмологічною мережею України. З тією чи іншою інтенсивністю землетруси із зони Вранча можуть загрожувати всій Україні. Інтенсивність землетрусів у самій зоні Вранча може сягати 11 балів, що є руйнівним, але для території України теоретично ці значення будуть менші: на півдні — 7 балів, на півночі — 5 балів. Землетруси не є частими подіями на теренах України, однак вони можуть завдати руйнування, особливо для житлового фонду, побудованого без дотримання відповідних технічних норм.

Наслідки землетрусів Серед усіх стихійних лих, за даними ЮНЕСКО, землетруси займають перше місце у світі за ступенем руйнування й кількістю загиблих. Першість за кількістю землетрусів утримують Японія та Чілі: понад 1000 в рік, або в середньому 3 на день.

194

Науковці та науковиці створили системи, які дозволяють виявляти коливання від землетрусів із будь-якої точки планети. Ці коливання поширюються крізь земну кору та мантію. Накопичуючи дані, науковці можуть прогнозувати, де найімовірніше відбудуться землетруси. На жаль, дуже важко визначити, коли саме може статися землетрус. Науковцям та науковицям відомо, що енергія накопичується вздовж межі плит, але не відомо, коли ця енергія вивільниться та спричинить раптовий рух плит.

Рис. 10.15. Наслідки землетрусу в Туреччині, Ізмір, 2020 рік

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Особливості організації живого» ви дізналися про основні ознаки організмів, зокрема й про подразливість. Органи чуття допомагають організму виживати, забезпечувати себе необхідними ресурсами, взаємодіяти з навколишнім світом. Відомо, що деякі тварини змінюють свою поведінку перед землетрусом. Скористайтеся додатковими джерелами інформації, щоб дізнатися, як різні організми виявляють ознаки передчуття землетрусу. Землетруси в земній корі під океаном можуть спричинити гігантські хвилі цунамі (рис. 10.16). Землетрус у земній корі під океаном вивільняє енергію у воду. Це викликає гігантські водяні хвилі, які рухаються по поверхні океану з шаленою швидкістю. Приборкувати цунамі люди ще не навчилися. А спрогнозувати їхнє наближення можна. В районах, де можуть виникати цунамі, ведуться цілодобові спостереження. Знаючи швидкість руху цунамі, можна вирахувати, коли хвилі дістануться берега. Науковці та науковиці мають дані про сотні землетрусів уздовж кожного краю плити. Вони побудували комп’ютерні моделі, які можуть розрахувати наслідки цих землетрусів, щоб спробувати передбачити нові. Основні дії під час землетрусу: уникати паніки; стати подалі від вікон та важких предметів; стати в отвір внутрішніх дверей; за можливості залишити приміщення; якщо перебуваєте в авто — зупинитись, відкрити двері і відійти від автомобіля; уникати мостів, шляхопроводів, високих споруд та ліній електропередач. Наслідки руху тектонічних плит © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

Хвиля

Епіцентр землетрусу Цунамі

Рис. 10.16. Схема утворення цунамі

195

Наука в дії. Системи попередження про цунамі У 2004 році потужний землетрус поблизу Індонезії спричинив руйнівне цунамі. Протягом наступних декількох годин в усьому океані поширилася руйнівна хвиля (рис. 10.17). Вона зачепила узбережжя багатьох країн, зокрема Індонезії, Таїланду, Шрі-Ланки та Індії. Майже 230 000 людей загинули і ще понад 650 000 людей втратили свої домівки. БАНГЛАДЕШ М'ЯНМА (БІРМА)

ІНДІЯ

ТАЇЛАНД

Шрі-Ланка

СОМАЛІ

АЧЕХ

МАЛЬДІВИ

0.5 1.0

КЕНІЯ ТАНЗАНІЯ СЕЙШЕЛИ

АНДАМАНСЬКІ І НІКОБАРСЬКІ ОСТРОВИ

2.0 3.0

МАЛАЙЗІЯ ІНДОНЕЗІЯ

4.0

Рис. 10.17. Руйнівна хвиля, яка поширилася з району острова Суматра

Після цієї катастрофи багато країн створили систему попередження про цунамі. Якщо в океані або поблизу нього зафіксовано землетрус, у всіх містах уздовж узбережжя, які можуть постраждати, лунає сигнал тривоги. Люди повинні покинути домівки, знайти вищу місцевість у глибині материка.

Попрактикуйтеся 1 2

3 Рис. 10.18. Наслідки цунамі 30 квітня 2011 року (Фукусіма, Японія)

Поясніть, чому виникають цунамі. Назвіть переваги комп’ютерного моделювання для прогнозування землетрусів. Система раннього попередження про цунамі не допомогла б жителям провінції Ачех на узбережжі Індонезії. Поясніть, чому.

Утворення вулканів Розплавлену речовину мантії називають магмою. Магму, що вилилася на поверхню, називають лавою, її застиглі потоки часто утворюють конуси вулканів — вулканічні гори.

196

Вулкани утворюються: на межах тектонічних плит, у зонах занурення та розсування літосферних плит, гарячі точки (всередині плит, острови Гаваї). Коли одна тектонічна плита занурюється під іншу, це призводить до нагрівання гірських порід до екстремально високих температур. Гарячі точки — це області вулканічної активності, які виникають у середині літосферних плит. Це пов’язано з мантійними плюмами — з гарячими потоками магми, що піднімаються до поверхні (Гавайські острови).

вулкани

океанічна кора континентальна кора мантія Рис. 10.19. Утворення вулканів на межі взаємодії материкової та океанічної плит

Вулканічний попіл Жерло

Вулканічні бомби Кратер

Потік лави

Шари попелу

Магма Рис. 10.20. Картосхема активних вулканів світу

Вулкани, як і райони поширення землетрусів, найчастіше утворюються вздовж меж літосферних плит. Особливо багато їх (понад 800) там, де океанічні плити взаємодіють із материковими. Найбільше скупчення діючих вулканів, назване Вогняним кільцем, розташоване на узбережжі та островах Тихого океану (рис. 10.20). Багато вулканів також приховано на дні океанів, зокрема в місцях розсування тектонічних плит (рис. 10.22). Там, де магма підіймається достатньо високо над поверхнею води, вона охолоджується, застигає й утворює острови. Прикладом такого острова є Ісландія (рис. 10.23). При цьому вулкан (рис. 10.21) складається з кратера (заглиблення на плоскій вершині або схилі вулкана), жерла (підводний канал, по якому магма виливається на поверхню) і з вулканічного осередку (резервуар магми в земній корі). Вулкани поділяються на діючі, сплячі та згаслі.

Рис. 10.21. Будова вулкану

магма піднімається через розлом у земній корі

земна кора

земна кора магма

Рис. 10.22. Утворення вулканів на дні океанів

Рис. 10.23. Острів Ісландія

197

Попрактикуйтеся 4

У Каскадних горах уздовж західного узбережжя на півночі Сполучених Штатів Америки є активні вулкани, такі як гора Рейнір і гора Святої Єлени. Поясніть, які процеси в земній корі спричинили їх утворення. На Гавайських островах є активні вулкани. Вони знаходяться в центрі Тихоокеанської плити, а не на межі плит. Як утворилися ці острови?

Вулкани України

Рис. 10.24. Вулкан Чудо-Старуня

В Україні немає активних вулканів, окрім грязьових на Кримському півострові, наприклад, Булганацька група грязьових вулканів, і вулкан Чудо-Старуня (Івано-Франківщина). Активність грязьових вулканів проявляється у викидах на поверхню бруду, води, газу, іноді навіть нафти. Найвідомішим грязьовим вулканом України є Чудо-Старуня, розташований в селі Старуня, Івано-Франківської області. З’явився у 1977 році після землетрусу в Румунії і має близько 10 кратерів та викидає бруд, газ та воду (рис. 10.24).

Наука в дії. Як вулканологи досліджують вулкани

Рис. 10.25. Вулканолог біля кратера вулкана в захисному спорядженні

Вулканологи — це науковці, які спеціалізуються на дослідженні вулканів. Щоб зрозуміти особливості конкретного вулкану, вони досліджують: історичні записи: інформація про виверження з письмових джерел дає змогу зрозуміти, наскільки активним був вулкан протягом тривалого часу; гази в повітрі: вимірюють концентрацію газів, таких як сірчистий, вуглекислий гази й водяна пара, що виходять із вулкана; їхня кількість змінюється з наближенням виверження; форму й розмір вулкану: деякі вулкани змінюють їх перед виверженням;

198

землетруси: накопичення магми під землею перед виверженням вулкана може спричинити землетруси; дані супутників: деякі супутники виявляють зміни температури, рух ґрунту. Зіставлення й аналіз отриманої інформації дають змогу спрогнозувати, коли можуть статися виверження й наскільки потужними вони будуть, але точно передбачати момент початку дуже складно.

Рис. 10.26. Виверження вулкана Кракатау (Індонезія)

Завдання 10.4. Моделювання утворення складчастих гір Матеріали: пластилін різних кольорів, книги, лінійка. 1. Візьміть пластилін різних кольорів та розкачайте їх в тонкі шари, складіть модель будови земної кори. 2. Помістіть модель на рівну поверхню. Візьміть дві книги та повільно стискайте модель з боків, імітуючи тиск літосферних плит. Виміряйте висоту та ширину складок які утворилися за допомогою лінійки. 3. Зробіть висновки. Як змінюється форма шарів під тиском? Які сили впливають на утворення складчастих гір і чи можуть вони зникати з часом?

Підсумки

Ключові поняття

✎ Літосферні плити постійно переміщуються одна відносно одної. ✎ Існує кілька видів взаємодій між літосферними плитами. Вони можуть стикатися, розсуватися або ковзати одна повз іншу. ✎ Межі плит є зонами максимальної тектонічної, сейсмічної та вулканічної активності. ✎ Складчасті гори утворюються в результаті зіткнення літосферних плит. ✎ Наслідками руху літосферних плит є землетруси, виверження вулканів і цунамі.

Межі плит, рифт, землетруси, цунамі, вулкан, магма, складчасті гори.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу показувати на карті місця з високою ймовірністю утворення землетрусів і вулканів. ✅ Я можу пояснювати, чому трапляються землетруси, утворюються вулкани, складчасті гори. ✅ Я вмію створювати й описувати моделі для демонстрації взаємодії літосферних плит і їх наслідків.

199

rnk.com.ua/108140

Розділ 10. Тема 3

Атмосфера ● визначати відсотковий вміст газів у атмосфері Землі;

Будете навчатися:

● розуміти процеси, що можуть змінювати склад атмосфери; ● оцінювати точність і достовірність результатів вимірювань.

Кисень 21 %

Аргон 0,9 %

Азот 78 %

Інше: вуглекислий газ, водяна пара

Рис. 10.27. Хімічний склад повітря ЕКЗОСФЕРА ТЕРМОСФЕРА 1000 км

80 км

МЕЗОСФЕРА СТРАТОСФЕРА (шар озону) ТРОПОСФЕРА

50 км

20 км

Склад атмосферного повітря Атмосфера переважно складається з азоту — 78 % та кисню — 21 %, а на всі інші гази припадає приблизно 1 % (рис. 10.27). Вона має шарувату будову. Кожний шар вирізняється за щільністю повітря, вмістом водяної пари, температурою, хімічним складом тощо. Умовно в атмосфері виділяють такі шари: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера та екзосфера (рис. 10.28). Визначити склад «сухого повітря», тобто без водяної пари, можна експериментальним методом (рис. 10.29). Газовий шприц, що містить 100 см3 сухого повітря, з’єднаний з невеликою ємністю, в якій відбувається хімічна реакція. Усередину ємності поміщають багато крихітних шматочків сухої, чистої міді.

Рис. 10.28. Будова атмосфери

Рис. 10.29. Два шприци під’єднані до реакційної ємності для вимірювання об’єму кисню в повітрі

200

При нагріванні реакційної ємності повітря повільно виштовхується з газового шприца та проходить над міддю. В результаті хімічної реакції утворюється твердий купрум(ІІ) оксид. Кількість утвореного купрум(ІІ) оксиду показує, скільки кисню було у вихідному зразку повітря. У процесі експерименту отримано такі результати: Таблиця 10.1. Результати експерименту Об’єм повітря до реакції (см3)

Об’єм газів, зібраних Об’єм використаного після реакції (см3) повітря (см3)

100

Серед газів, що містяться в повітрі, в хімічну реакцію з міддю вступає лише кисень. Тому можна зробити висновок, що в 100 см3 зразка повітря міститься 21 см3 кисню. Вміст кисню в повітрі становить 21 %. Хімічний склад повітря — результат складних взаємодій між біологічними, геологічними та хімічними процесами на Землі.

Попрактикуйтеся 1

Перепишіть і доповніть це рівняння хімічної реакції для експерименту з вимірювання об’єму кисню: 2Cu + = .

Поясніть, чому важливо, щоб повітря, яке використовується в процесі хімічної реакції, було сухим?

Продуктом здійсненої хімічної реакції є тверда речовина, а не газ. Поясніть, чому це важливо для виконання вимірювань.

Назвіть два докази того, що в атмосфері Землі міститься водяна пара.

Наука в дії. Використання інертних газів Вміст аргону в складі атмосферного повітря становить менше 1 %. Цей газ має важливу властивість: за звичайних умов він не взаємодіє з іншими речовинами. Тому його називають інертним. Це робить аргон придатним для контролю хімічних реакцій між іншими, активними речовинами. Наприклад, металевий титан видобувають з руди. Титан горить, має високу реакційну здатність за високих температур. Однак якщо титан оточити аргоном, він не взаємодіє з іншими речовинами (рис. 10.30).

Рис. 10.30. Аргон використовують під час зварювання титанових виробів

201

Зміни складу атмосферного повітря через природні процеси та діяльність людини

Рис. 10.31. Колообіг Оксигену

З самого початку існування Землі атмосфера пройшла складні етапи еволюції та трансформації. Існують теорії, згідно з якими невдовзі після утворення Землі (4,5 мільярди років тому) кисню в атмосфері було значно менше, ніж сьогодні, а вуглекислого газу — значно більше. Крім того, було більше вулканів, які виробляли гази, що містять Сульфур (сірку). Деякі науковці та науковиці вважають, що перші організми, які з’явилися на Землі, для отримання необхідної для життя енергії використовували такі речовини як сірка й вуглець. Приблизно 2,7 мільярда років тому виникли ціанобактерії (синьо-зелені водорості) — прокаріоти, здатні до фотосинтезу. Майже 700 мільйонів років тому з’явилися перші справжні рослини. Вони активно поглинали вуглекислий газ та воду, перетворюючи їх під дією сонячного світла в поживні речовини та виділяючи кисень, як продукт перетворень (рис. 10.31). Важливі процеси, що регулюють склад атмосферного повітря відбуваються в океанах. Вода в океанах поглинає вуглекислий газ. Коли частина від цієї води замерзає в Арктиці та Антарктиді, то лід наче «замикає» у собі частину вуглекислого газу. Це зменшує кількість вуглекислого газу в атмо сфері. Під час танення льоду відбувається зворотній процес — кількість вуглекислого газу зростає. Зміни в атмосфері відбуваються також через діяльність людини. Наприклад, метан — це газ, який може вироблятися великою рогатою худобою як продукт життєдіяльності, або виділятися зі сміттєзвалищ під час розкладання відходів. У той же час метан може виділятися з боліт та водно-болотних угідь, що демонструє природний вплив на глобальне потепління. Активними вулканами виробляється газ сульфур(IV) оксид. Під час виверження вулканів виділяються сажа й попіл, а також вуглекислий газ і газуваті оксиди Нітрогену, які можуть змінювати склад атмосфери (рис. 10.32).

202

Незважаючи на те, що вміст вуглекислого газу в атмосфері дуже малий, його кількість має важливе значення. Це пов’язано з тим, що вуглекислий газ є парниковим. Він утримує тепло на Землі, яке в іншому випадку втрачалося б у космос, і не дозволяє перегріватися вдень та надмірно охолоджуватися вночі. Однак за останні 200 років в атмосферу почало потрапляти більше вуглекислого й інших газів через роботу промислових підприємств, сільського господарства тощо. Деякі з цих газів наведені в таблиці 10.2.

Рис. 10.32. Виділення сірки внаслідок вулканічної діяльності

Таблиця 10.2. Гази, що утворюються в результаті людської діяльності Газ

Джерела утворення

Наслідки

Вуглекислий газ

Спалювання викопного палива, зокрема, вугілля, нафти і газу

З часом збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері призводить до порушення процесів тепловідведення та є одним з чинників потепління

Сульфур(IV) оксид

Спалювання викопного палива, зокрема вугілля

При взаємодії з водяною парою в повітрі може спричиняти кислотні дощі, які завдають шкоди здоров’ю людей, тварин, спричинює руйнування пам’ятників, корозію металічних поверхонь. Газ має різкий задушливий запах, подразнює слизові оболонки людини

Оксиди Нітрогену

Спалювання автомобільного палива, зокрема бензину та дизельного пального

Можуть викликати проблеми з диханням, спричиняти кислотні дощі

Це порушує природну рівновагу в атмосфері. Зокрема збільшення концентрації вуглекислого газу разом з іншими парниковими газами провокує поступове потепління. Це зі свого боку спричиняє танення льоду в Арктиці та Антарктиці. Крім того, під час спалювання палива, зокрема вугілля та дизельного палива, виділяється багато дрібних твердих частинок речовин, які кружляють у повітрі, утворюючи дим. Вони можуть змінювати колір повітря на сірий або коричневий, викликати проблеми з диханням тощо. Надмірне забруднення повітря шкідливими речовинами (забруднювачами), які виділяються внаслідок діяльності промислових підприємств та транспорту, спричинює появу смогу (рис. 10.33).

Рис. 10.33. Смог над Пекіном

203

Це отруйна суміш туману, промислових газів, диму. Інтенсивний смог викликає алергічні реакції, подразнення слизової оболонки, приступи бронхіальної астми, ускладнення життєдіяльності рослинності, псує будівлі тощо.

Попрактикуйтеся 5 6

Назвіть природні процеси, які регулюють склад атмосферного повітря. Найбільші міста світу, такі як Лос-Анджелес і Нью-Йорк (США), Лондон (Великобританія), Делі (Індія) і Пекін (Китай) та інші, мають серйозні проблеми із забрудненням повітря. Визначте причини надмірного забруднення повітря саме у великих містах.

Наука в дії. Використання інертних газів

Рис. 10.34. Орбітальна вуглецева обсерваторія

Вимірювання рівня вуглекислого газу в атмосфері В липні 2014 р. Національне управління з аеронавтики й дослідження космічного простору (NASA) запустило Орбітальну вуглецеву обсерваторію (OCO-2) (рис. 10.34). Це супутник, який вивчає та збирає дані міжнародних вимірювань вмісту вуглекислого газу в атмосфері Землі. ОСО-2 відстежує кількість вуглекислого газу та визначає, де його викиди є найвищими.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Атмосфера Землі — це суміш 78 % азоту, 21 % кисню та незначної кількості інших газів, включаючи вуглекислий газ та аргон. ✎ Склад атмосфери може змінюватися внаслідок природних процесів та людської діяльності. ✎ Збільшення кількості вуглекислого газу та інших парникових газів, зокрема метану, посилює глобальне потепління.

Тропосфера, стратосфера, озоновий шар, інертний газ, парниковий газ, забруднювач, кислотний дощ, викопне паливо.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу пояснити різницю між точністю та достовірністю, запропонувати способи їх підвищення. ✅ Я можу пояснити, які природні та антропогенні процеси змінюють склад атмосферного повітря.

204

rnk.com.ua/108141

Розділ 10. Тема 4

Гідросфера Будете навчатися:

● визначати значення колообігу води в гідросфері; ● розрізняти процеси, що забезпечують колообіг води на Землі; ● класифікувати види атмосферних опадів.

Випаровування, конденсація, утворення опадів Гідросфера — це сукупність усіх водних об’єктів Землі, які пов’язані між собою колообігом води. Її можна визначити як динамічну систему, що постійно оновлюється завдяки колообігу води, який включає такі етапи (рис. 10.35): Випаровування води — це процес, під час якого деякі молекули води на поверхні озера, океану тощо отримують достатньо енергії, щоб відірватися від поверхні. Це призводить до появи водяної пари в атмосфері. Конденсація водяної пари — це процес, під час якого молекули води в повітрі втрачають енергію та збираються разом, утворюючи краплі рідкої води. Цей процес призводить до утворення хмар. Випадання опадів — це процес, під час якого краплі води в повітрі стають достатньо великими, тому вони випадають на поверхню землі або океану у вигляді води в рідкому або твердому стані. випадання опадів

конденсація пари

випаровування

Рис. 10.35. Випаровування, конденсація та випадання опадів

205

Рис. 10.36. Колообіг води в гідросфері

Рис. 10.37. Атмосферна циркуляція

Повітря навколо нас майже завжди містить певну кількість водяної пари. Її концентрація залежить від того, скільки води випаровується із земної поверхні, а скільки конденсується, утворюючи опади. Кількість водяної пари неоднакова в різних місцях на Землі (рис. 10.36). Вміст водяної пари в повітрі також залежить від місцевого клімату: у вологих і теплих зонах він значно вищий, ніж у холодних і сухих. Випаровування та конденсація є складовими колообігу води в природі, внаслідок яких утворюються хмари та опади, а також відновлюються запаси прісної води на Землі (рис. 10.35). Основним джерелом постачання в атмосферу водяної пари є Світовий океан, з поверхні якого вода випаровується. Випаровування з океану посилюється, коли над поверхнею води дме тепле повітря. Саме вітри, зумовлені циркуляцією атмосфери, переносять водяну пару з океанів на суходіл. Атмосферна циркуляція — це горизонтальні та вертикальні переміщення повітря між областями високого і низького тиску. Її формування обумовлене нерівномірним нагріванням Землі Сонцем, обертанням планети та різницею у вологості й температурі повітря. На поверхні Землі виділяють основні пояси атмосферного тиску: екваторіальний та помірні пояси низького тиску, тропічні й полярні пояси високого тиску. Саме взаємодія цих поясів тиску створює постійні вітри (рис. 10.37). До постійних вітрів належать: пасати — дмуть від тропічного поясу високого тиску до екватора в обох півкулях; західні вітри панують у помірних широтах; полярні та стокові вітри — рухаються від полярних областей до помірних. Пасати, наприклад, активно сприяють перенесенню вологого повітря з океанів у напрямку до екватора. Піднімаючись угору, тепле повітря охолоджується, що призводить до конденсації й утворення хмар. Хмари — це скупчення дрібних крапель води або кристалів льоду в атмосфері. Коли хмари стають достатньо насиченими й важкими, краплі або кристали починають випадати на поверхню Землі у вигляді опадів.

206

Опади — це вода в рідкому або твердому стані, що випадає з атмосфери на поверхню Землі. Вони є важливою частиною колообігу води та впливають на клімат і життя на планеті. Тип опадів залежить від температури повітря. Якщо температура крапель води перевищує 0 °C, вода залишається в рідкому стані й випадає у вигляді дощу. Якщо дощова хмара швидко охолоджується, крапельки замерзають, утворюється град. У холодну пору року можна спостерігати опади у вигляді снігу. Якщо значення температури крапель води нижче 0 °C, то з неї утворюються крихітні кристали льоду. Вони ростуть і перетворюються на сніжинки. Внаслідок конденсації також утворюється туман, роса, запотівають вікна тощо. Таким чином, колообіг води тісно пов’язаний із загальною циркуляцією атмосфери та постійними вітрами, які є важливою частиною кліматичної системи планети.

Складові колообігу води У процесі колообігу води в природі частина опадів, що випадає з атмосфери, повертається назад в океани, моря, озера та річки. Інша частина потрапляє на поверхню суходолу, де проходить кілька важливих етапів на шляху повернення до Світового океану.

Рис. 10.38. Підземні та стічні води

207

Певна кількість води вбирається в ґрунт, утворюючи ґрунтові води. Проникаючи глибше крізь шари гірських порід, вона поповнює підземні води, які поділяють на верховодку, ґрунтові води, міжпластові, артезіанські води (рис. 10.38). Води, що накопичуються найближче до поверхні Землі, поповнюються атмосферними опадами, рухаються уздовж водотривкого шару порід, виходять на поверхню у вигляді джерел беручи участь у живленні річок, боліт та озер. Вода, яка не встигає просочитися в землю, утворює поверхневий стік. Під час дощів вона стікає схилами, збирається в вимоїнах, балках, ярах, а далі потрапляє у струмки та річки. Річки, маючи певну будову (витік, русло, гирло, притоки), збирають воду з великих площ — басейнів — і транспортують її до морів та океанів. Режим річок — тобто зміна їхньої водності протягом року — залежить від клімату, живлення (дощове, снігове, льодовикове, підземне) та рельєфу місцевості. Озера — ще один важливий компонент гідросфери. Вони можуть мати різне походження: тектонічне, льодовикове, вулканічне, заплавне чи штучне. Вони накопичують воду, уповільнюють її рух і регулюють стік. У посушливих регіонах озера можуть бути безстічними, а вологих — частиною річкової системи. Найбільша кількість озер зосереджена в Північній півкулі, зокрема в Канаді, Скандинавії. У помірних широтах в холодну пору року опади можуть випадати не лише у вигляді дощу, а й снігу. Навесні, коли температура повітря зростає, сніг тане. Талі снігові води є складовою поверхневого стоку.

Завдання 10.5. Вода — рятівник чи загроза? 1. Об’єднайтеся в групи та оберіть річку, яку будете досліджувати. 2. Дослідіть, як людина використовує річку для господарської діяльності. 3. Дослідіть, коли річка стає загрозою. Знайдіть приклади з новин або історії коли на річні спостерігалися катастрофічні явища. 4. З’ясуйте, який у річки режим. Визначте: тип живлення (снігове, дощове, змішане), чи є повені — коли саме, які особливості зміни рівня води протягом року. 5. Зробіть висновок. У яких випадках річка — «рятівник» для людей? Коли вона може бути «загрозою»? Як саме режим річки впливає на ці ситуації? Створіть рисунок «Будова річки» обраної вами водойми.

208

В горах та полярних широтах, де температура залишається постійно нижчою за 0 °C, опади у вигляді снігу поступово накопичуються, під своєю вагою ущільнюються та перетворюються на льодовики — природні скупчення багаторічного льоду на суходолі. Розрізняють гірські та покривні льодовики. Важливе значення у формуванні льодовиків належить сніговій лінії. Це уявна лінія, яка відокремлює зону накопичення снігу від зони його танення. Висота снігової лінії залежить від температури, опадів та напрямку схилів. Існування снігової лінії є ключовим чинником, що пояснює постійне існування льодовиків у горах та полярних широтах (рис. 10.39). Гірський льодовик повільно рухається схилом донизу завдяки силі тяжіння. Коли льодова «річка» досягає області позитивних температур, краї льодовика тануть, дають початок струмкам, що живлять річки й озера. До покривних належать льодовики Антарктиди, Гренландії та деяких інших островів (рис. 10.40). Рух льоду в покривному льодовику відбувається від центральної частини до країв. Досягнувши берегів океану, лід обламується та утворює гігантські льодові острови — айсберги. Уся прісна вода на планеті — річки, озера, підземні води — з часом потрапляє до морів та океанів. Вони містять найбільше води на Землі, але ця вода солона. Властивості морської води, такі як температура, солоність і густина, впливають на випаровування води, утворення хмар, дощів та рух морських течії. Коли вода тепла, вона швидше перетворюється на пару — саме тому в тропіках випаровується найбільше. Солоність води не менш важлива, чим більше солі, тим вода густіша і повільніше випаровується. Холодна й солона вода — важча, тому вона опускається вниз. Тепла й менш солона — легша, тому піднімається вгору. Теплі течії, наприклад, Гольфстрім, переносять вологу до суші, де утворюються хмари й випадають опади.

Рис. 10.39. Гірські льодовики на горі Фудзіяма (Японія)

Рис. 10.40. Покривні льодовики Антарктиди

209

Холодні течії, які переміщують воду від полюсів, вміщують менше водяної пари — це сприяє пониженню температури та утворенню пустель навіть на узбережжі океанів, наприклад, Атаками в Південній Америці. Моря, затоки, протоки й острови є елементами складної океанічної системи, що забезпечує глобальний колообіг води. Через протоки водні маси переміщуються між океанами й морями, регулюючи їх температуру і солоність. Острови можуть змінювати напрями течій, впливаючи на розподіл водяної пари й опадів у регіонах. Таким чином, усі елементи гідросфери — підземні та поверхневі води, річки, озера, моря, протоки та океани, льодовики — тісно пов’язані між собою та забезпечують безперервний рух води на Землі, необхідний для підтримання життя і кліматичної рівноваги (рис. 10.41).

Рис. 10.41. Колообіг води

Завдання 10.6. Створення карти знань Створіть карту знань «Колообіг води». 1. Використайте будь-які слова, які у вас асоціюються з цим процесом (вода, хмари, сніг, річка, океан, випаровування та ін.). 2. Додайте символи або малюнки, щоб зробити карту знань інформативною та креативною. 3. Після завершення роботи поділіться своєю картою знань з класом.

210

Попрактикуйтеся 1

Поміркуйте, які зміни енергії відбуваються під час танення айсбергу.

Опишіть три способи утворення поверхневих вод.

У дуже посушливих районах (наприклад, у пустелях) люди стикаються з проблемою водозабезпечення. Один зі способів знайти воду для пиття та побутових потреб — будівництво колодязів. Поясніть, звідки береться вода в колодязях.

За допомогою інтернет джерел з’ясуйте які є види підземних вод та їхні особливості.

Завдання 10.7. Колообіг води Колообіг води на Землі можливо представити у вигляді моделі. Однак в умовах шкільної лабораторії неможливо створити модель, яка б повністю відображала колообіг води на Землі. Проте можна дослідити процеси, що беруть участь у колообігу води: випаровування, конденсацію та випадання опадів. Будьте уважні й обережні під час проведення експерименту! Крок 1. Налийте в скляну термостійку миску гарячу воду. Крок 2. Зверху на миску натягніть харчову плівку (поліетилен), щоб ізолювати гарячу воду від повітря. Крок 3. На харчову плівку покладіть кубики льоду. 1. Вода в мисці (рис. 10.42) — це модель океану. А що являє собою повітря між водою та харчовою плівкою? 2. Опишіть, що відбувається після того, як миску накрили харчовою плівкою, перш ніж покласти на неї кубики льоду. Який процес демонструє ця модель? 3. Кубики льоду потрібні для швидкого охолодження повітря. Після того, як їх поклали на харчову плівку, опишіть, що ви бачите в повітрі між водою та харчовою плівкою. Який процес відбувається? 4. Одним із недоліків цієї моделі є те, що вода в мисці має значно вищу температуру, ніж в океані. Назвіть ще два недоліки цієї моделі.

кубики льоду

харчова плівка

повітря гаряча вода Рис. 10.42. Дослідження випаровування, конденсації та випадання опадів

211

Наука в дії. Досліджуємо крижані керни

Рис. 10.43. Відбір зразків крижаного керна

Коли сніг випадає, він захоплює повітря і з часом стискається, утворюючи лід. Нижні шари льоду значно старші, ніж верхні. Гляціологи досліджують льодовики, їх формування, танення та зміну клімату. Щоб дізнатися про минулі умови на Землі, вчені бурять лід і дістають крижані керни — циліндри льоду, що зберігають інформацію про атмосферу давніх часів. Повітря в цих шарах розкриває склад газів тисячолітньої давності. Дослідження доводять, що за останні 100 років вміст CO2 в атмосфері стрімко зріс через діяльність людини.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Без колообігу води гідросфера не змогла б існувати в її сучасному вигляді. ✎ На Землі вода випаровується з океанів, конденсується, утворює хмари, а потім випадає на сушу або в океани у вигляді опадів. ✎ Опади, що випадають на сушу, повертаються назад в океани у вигляді підземних або поверхневих вод. ✎ Унаслідок взаємодії цих процесів утворюється колообіг води, в якому вода переміщується з океану в повітря, потім на сушу та знову в океан.

Гідросфера, атмосферні опади, випаровування, конденсація, підземні води, поверхневий стік, поверхневі води, льодовик.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу пояснити, як пов’язані між собою процеси в колообігу води на Землі. ✅ Я можу пояснити значення колообігу для гідросфери. ✅ Я можу описати способи утворення поверхневих вод. ✅ Я можу виявити переваги та недоліки моделей колообігу води. ✅ Я можу встановити закономірності в результатах дослідження.

212

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Літосферна плита — це: А

пристрій для вимірювання сили землетрусів;

великий блок літосфери, що складається з земної кори та верхнього шару мантії (астеносфери);

ділянка між двома континентами, що розсуваються, на якій розпечена гірська порода піднімається вгору;

шар осадових порід, який стискає відмерлі рослини та тварини, утворюючи скам’янілості.

2. У науковому дослідженні частина звіту, у якій зазначена чи підтверджена ідея доказами — це: А

гіпотеза;

метод;

аналіз;

висновок.

3. Вміст азоту в атмосфері: А

0,03 %;

1 %;

21 %;

78 %.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 4. На схемі зображено процес, який відбувається на Землі. Назвіть його. Підпишіть на діаграмі позначення А, В. Складіть блок-схему перетворення енергії під час цих процесів. хмари

сніг і льодовики

випадання опадів

конденсація

В ріки й озера підземні води

випадання опадів

океан

213

5. Альпи утворюють систему складчастих гір у Центральній Європі. Висота цих гір досліджена й не змінюється. Яку інформацію це дає про тектонічні плити, що формують Європу? 6. Опрацюйте додаткові джерела та дізнайтеся, скільки коштів необхідно витратити, щоб: а) зробити свердловину для отримання якісної питної води у вашій місцевості; б) встановити обладнання для фільтрування водопровідної води. Порівняйте результати, зробіть висновки. 7. Опишіть модель, яку можна використати для демонстрації підвищення рівня Світового океану через танення льодовиків.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 8. Землетруси мають численні руйнівні наслідки. Наведіть історичний приклад землетрусу, коли підземні поштовхи завдали великої шкоди будівлям і людям. Поясніть, як утворюється цунамі. 9. Вуглекислий газ міститься в атмосфері та становить приблизно 0,03 % від її об’єму. а) Назвіть один природний процес, у результаті якого утворюється вуглекислий газ. б) Наведіть два види людської діяльності, внаслідок яких утворюється вуглекислий газ. в) Поясніть, чому дуже важко проводити точні та достовірні вимірювання кількості вуглекислого газу в повітрі. 10. Українські Карпати — складчасті гори на заході України. Вони є складовою частиною Карпатської гірської системи в Центральній Європі. В гірських породах, що складають Карпати, знайдено скам’янілості давніх морських організмів. а) Опишіть процеси, що призвели до утворення складчастих гір. б) Спрогнозуйте вірогідність землетрусів у межах Карпат. в) Поясніть наявність морських організмів у шарах гірських порід. г) Згаслі вулкани Вулканічного хребта в Карпатах можуть прокинутися. Доведіть чи спростуйте це твердження.

214

Земля в космосі

11 Розділ

Дивлячись у небо, ми спостерігаємо такі небесні тіла як Сонце, Місяць, планети та зорі. Розуміння того, що таке гравітація, допоможе пояснити, як утворилися планети, як вони рухаються, чому на Землі відбуваються припливи та відпливи. Розуміння того, як поширюється світло та як діє сила тяжіння допоможе з’ясувати, чому відбуваються затемнення Місяця й Сонця. Команди науковців та науковиць з різних країн проєктують, створюють і запускають у космос апарати для дослідження Сонця, Місяця та планет. На основі даних, зібраних космічними апаратами, науковці та науковиці будують теорії утворення й розвитку Сонячної системи та передбачають її майбутнє.

У цьому розділі ви дізнаєтеся:

● про формування та будову Сонячної системи; ● про дослідження космосу; ● чому виникають припливи й відпливи; ● чому виникають сонячні й місячні затемнення. У цьому розділі ви навчитеся:

● моделювати рух планет; ● будувати графіки на основі даних про припливи; ● моделювати сонячне й місячне затемнення; ● конструювати прилад для безпечного спостереження сонячного затемнення. rnk.com.ua/108142

rnk.com.ua/108143

Розділ 11. Тема 1

Сонячна система Будете навчатися:

● будові Сонячної системи; ● характеристикам планет; ● історії відкриття планет; ● як сформувалася Сонячна система.

Характеристики планет Нашою спільною домівкою є Земля — кам’яниста планета, поверхня якої на дві третини вкрита водою й на одну третину — сушею. Земля є однією з восьми головних планет (рис. 11.1), які входять до складу Сонячної системи й рухаються навколо центральної зорі — Сонця — майже коловими орбітами. Планети поділяють на дві групи: планети земної групи: Меркурій, Венера, Земля, Марс; планети-гіганти: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун.

Меркурій

Сонце

Венера

Марс

Юпітер

Сатурн

Уран

Земля

Нептун

Рис. 11.1. Порядок розташування планет Сонячної системи (відстані від Сонця й розміри планет нанесені не в масштабі)

Рис. 11.2. Марс та його супутники: Фобос (нижче) та Деймос (вище)

Окрім Сонця та восьми планет, до складу Сонячної системи входять й інші природні космічні об’єкти, що обертаються навколо Сонця, зокрема природні супутники планет, карликові планети (наприклад, Плутон), великі уламки твердих порід (астероїди), комети та метеороїди. Супутник — небесне тіло, яке рухається орбітою навколо іншого тіла Сонячної системи. Природні супутники мають усі планети, окрім Меркурія та Венери. Єдиним природним супутником Землі є Місяць, у Марса таких супутників два — Фобос та Деймос, а Юпітер має щонайменше 79 супутників!

216

Усі тіла Сонячної системи рухаються орбітами під дією гравітаційних сил. Гравітація — це властивість тіл притягуватись одне до одного, зумовлена їхньою масою. Серед усіх тіл Сонячної системи Сонце має найбільшу масу, значення якої становить 1,99 × 1030 кг, що у 330000 разів перевищує масу Землі. Завдяки гравітації Сонце утримує на орбітах усі планети, а планети утримують на орбітах свої супутники. Гравітація також впливає на форму небесних тіл. Завдяки гравітації форма Сонця, планет, значної кількості супутників планет і карликових планет є кулястою. До планет належать космічні об’єкти, що обертаються навколо Сонця, і мають достатню масу, щоби під дією власної гравітації набути кулястої форми та звільнити свою орбіту від усіх менших об’єктів. До карликових планет належать астрономічні об’єкти, що обертаються навколо Сонця, мають достатню масу, щоби під дією власної гравітації набути кулястої форми, але не здатні звільнити свою орбіту від інших об’єктів. Усі планети Сонячної системи обертаються навколо своєї осі та рухаються орбітою навколо Сонця. Вісь Землі — це уявна лінія, навколо якої обертається наша планета. Вона проходить через Північний і Південний полюси та нахилена до площини орбіти Землі під кутом 23,5°. Обертальний період — це час, за який планета здійснює повний оберт навколо своєї осі, а орбітальний період — час одного повного оберту навколо Сонця. Для Землі ці рухи мають важливі наслідки. Добове обертання змінює день і ніч, а через нахил осі виникає зміна пір року. Орбітальний рух впливає на розподіл сонячного світла, формування кліматичних зон і тривалість світлового дня. Крім того, він визначає сезонні зміни в природі, такі як міграції тварин та ріст рослин.

Рис. 11.3. Карликова планета Плутон. (До 2006 року Плутон вважали дев’ятою планетою в Сонячній системі)

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Сили» ви дізналися про гравітаційну взаємодію. Як змінюється значення сили взаємного тяжіння між двома тілами зі збільшенням відстані між ними? Чому Місяць обертається навколо Землі, а не навпаки?

217

Таблиця 11.1. Характеристики планет Характеристика

Планета Меркурій Венера

Земля

Марс

Юпітер

Сатурн

Уран

Нептун

Маса × 1024 кг

0,33

4,87

5,97

0,642

1898

568

86,8

102

Тривалість доби (год)

1408

5833

23,9

24,6

9,9

10,7

17,2

16,1

Відстань до Сонця (млн. км)

108

150

228

779

1434

2873

4495

Тривалість року (земних діб)

224,7

365,2

687

4331

10747

30589

59800

Середня температура поверхні (°С)

167

464

–65

–110

–140

–195

–200

Кількість супутників

Завдання 11.1. Вивчення рухів планет 24 години

1 день день, ніч

365 днів

1 рік пори року

1. Попрацюйте в парах, щоб змоделювати обертальний та орбітальний рухи планети. Домовтеся зі своїм партнером / партнеркою про співпрацю: оберіть, хто з вас буде моделювати рух Землі, а хто — рух Сонця. 2. Відтворіть такі рухи: а) «Сонце» обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки, а «Земля» — навколо осі та орбітою навколо «Сонця»; б) «Сонце» повільно обертається проти годинникової стрілки, а «Земля» здійснює рух орбітою навколо «Сонця» у тому ж напрямку; в) «Сонце» повільно обертається проти годинникової стрілки, а «Земля» повільно обходить «Сонце», обертаючись навколо своєї осі проти годинникової стрілки. 3. Зробіть схематичний рисунок, щоб зобразити лінію, яку описує Земля, рухаючись навколо Сонця. 4. Венера обертається навколо Сонця проти годинникової стрілки, а навколо своєї осі — за годинниковою. Зробіть схематичний рисунок, щоб зобразити лінію, яку описує Венера, рухаючись навколо Сонця.

218

5. Проаналізуйте дані таблиці 11.1 та дайте відповіді на питання: а) Який рух планети визначає тривалість доби? б) На якій планеті найдовша та найкоротша доба? в) Який рух планети впливає на тривалість року? г) На якій планеті рік триває найдовше, а на якій — найменше? ґ) Які наслідки має обертання Землі навколо своєї осі? д) Які наслідки має обертання Землі навколо Сонця?

Попрактикуйтеся 1

Проаналізуйте середні значення температури поверхні планет, наведені в таблиці 11.1. а) Температура семи планет відповідає певній закономірності. Яка з планет має температуру поверхні, що не відповідає цій закономірності? б) Для семи планет опишіть закономірність зміни температури поверхні, залежно від відстані до Сонця. Поміркуйте, чому кількість природних супутників, що обертається навколо кожної з чотирьох планет-гігантів, набагато більша, ніж кількість природних супутників, що обертаються навколо чотирьох планет земної групи.

Відкриття планет Людству не завжди було відомо про існування інших планет та їхніх супутників. Вважається, що Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн були відкриті астрономами зі стародавнього Вавилону в період 2000–1000 р. до н. е. Астрономами називають науковців та науковиць, які досліджують небесні тіла (зорі, планети, їхні супутники, комети тощо) та речовину, що заповнює простір між небесними тілами. Аристарх Самоський запропонував геліоцентричну модель світу, де Сонце знаходиться в центрі, а планети обертаються навколо нього. Цю концепцію значно розвинув польський астроном і священик Миколай Коперник (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Пам’ятник Миколаю Копернику у Варшаві

219

Рис. 11.5. Модель телескопа Галілея

Рис. 11.6. Статуя Галілео у Флоренції

Рис. 11.7. Статуї Тихо Браге і Йоганна Кеплера в Празі

Рис. 11.8. Телескоп, за допомогою якого Гершель відкрив Уран

Він досліджував рух планет і розробив тео рію, що Земля та інші планети обертаються навколо Сонця. Його праця «Про обертання небесних сфер» започаткувала одну з революцій у науці, зруйнувавши міф про те, що Земля є центром Всесвіту. Великий крок уперед зробив італійський астроном Галілео Галілей (1564–1642). 1609 ро ку він винайшов перший телескоп, який складався з лінз і мав 33-кратне збільшення. За допомогою свого телескопа Галілей відкрив чотири найбільші супутники Юпітера. Свої спостереження він використав як доказ на підтримку гіпотези Коперника. Католицька церква в Італії наполягала, що Земля має бути центром Всесвіту. Однак все більше астрономів розробляли телескопи та спостерігали за планетами. Було знайдено достатньо доказів того, що Коперник і Галілей мали рацію. В другій половині XVI століття свою наукову діяльність спостереженням за небесними світилами присвятив Тихо Браге. Для цього він поблизу Копенгагена збудував унікальну обсерваторію. Тихо Браге дуже детально описав дані своїх спостережень за зірками та планетами. Опираючись на ці дані, Йоганн Кеплер розробив свої закони руху планет, опубліковані впродовж 1609–1619 років. Між 1655 і 1686 роками Християн Гюйгенс і Джованні Кассіні відкрили п’ять найбільших супутників Сатурна. 1687 року Ісаак Ньютон опублікував свій закон всесвітнього тяжіння, який повністю пояснював закони Кеплера й дозволяв астрономам точно розрахувати, як планети обертаються навколо Сонця, а супутники навколо планет. Швидкий розвиток технологій сприяв тому, що астрономи будували власні телескопи. У 1781 р. Вільям Гершель відкрив планету Уран, першу нову планету, відкриту з часів Вавилону.

220

З розвитком математики та після відкриття законів Ньютона, астрономи змогли проводити більш точні розрахунки й обчислювати сили гравітаційної взаємодії між планетами. У 1846 році Урбен Ле Вер’є проаналізував результати спостережень за Ураном, виконав низку математичних розрахунків і зробив висновок про те, що в Сонячній системі має існу вати ще одна планета. Він спрогнозував, де на нічному небі можна спостерігати цю нову планету, і надіслав свої висновки Йоганну Галле. Галле відкрив планету Нептун тієї ж ночі, коли отримав листа від Ле Вер’єра.

Рис. 11.9. Сучасний телескоп: гігантський Магелланів телескоп

Попрактикуйтеся 3

Побудуйте стрічку часу за темою «Хронологія відкриття планет».

На прикладі відкриття Нептуна розкажіть, як науковці роблять прогнози й порівнюють їх із фактами та доказами.

Поясніть, чому відкриття Урана та Нептуна зайняло так багато часу.

Формування планет За допомогою наземних і космічних телескопів команди науковців збирають і аналізують дані та фотографії планет Сонячної системи. Вони також відправляють космічні зонди для збору інформації, яку аналізують і використовують для того, щоб пояснити, як утворилася Сонячна система та як формуються планети. Астрономи вважають, що: Сонячна система утворилася з величезної молекулярної хмари пилу й газу, відомої як сонячна туманність, у формі плоского диска. Газ здебільшого складався з водню. Протягом мільйонів років під дією сили взаємного тяжіння частинки речовини скупчувалися, формуючи в центрі туманності щільне скупчення газу й пилу.

Рис. 11.10. Завдяки гравітації у величезній туманності відбувалося скупчення пилу й газу

221

Рис. 11.11. Завдяки гравітації у величезній хмарі відбувалося скупчення пилу й газу

Рис. 11.12. У протопланетному диску космічний матеріал збирався у великі об’єкти

Рис. 11.13. Упродовж багатьох мільйонів років під дією гравітаційних сил формувалися тверді породи, рідини та гази, щоб утворити планети

За мільйони років у центрі туманності зібралося достатньо пилу й газу, щоб сформувати протозорю, що оберталася. Обертання протозорі спричинило обертання в тому ж напрямку решти пилової туманності. Стискання протозорі під дією власної гравітації призвів до початку ядерних реакцій, у результаті чого утворилася зірка Сонце. В міру того, як Сонце росло, туманність продовжувала стискатися, утворюючи протопланетний диск, що обертався навколо молодої зірки. Науковці вважають, що це сталося близько 4,6 мільярдів років тому. У протопланетному диску матерія збиралася в окремі фрагменти, утворюючи величезні об’єкти, які були набагато меншими, ніж протозоря й тому не могли виробляти власну енергію. Деякі з цих об’єктів виросли настільки великими, що гравітація перетворила їх на сферичні планети, карликові планети й супутники планет. Інші об’єкти набули неправильної форми та стали астероїдами, кометами та деякими невеликими супутниками. Чотири найближчі до Сонця планети сформували маленькі, прохолодні, кам’янисті світи. Спочатку газ і пил у цьому просторі збиралися разом у багато тисяч маленьких шматочків твердих порід. З часом ці шматки порід зіштовхувалися один з одним і збиралися разом. Вони утворили більші «кулі» породи, які з часом стали чотирма планетами: Меркурій, Венера, Земля та Марс. Всі планети утримуються разом завдяки гравітації. Без гравітації тверді породи, пил і газ могли б розлетітися у Всесвіті. Камені (метеорити та метеори), що рухаються в космосі, усе ще іноді притягуються до Землі під дією сили тяжіння.

222

Деякі з них потрапляють в атмосферу. Тертя між ними і повітрям призводить до того, що більша частина породи згорає, але іноді невеликий уламок досягає поверхні Землі. Більшість з метеоритів і метеорів виникли ще за часів формування Сонячної системи. Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун утворили великі холодні світи, що складаються переважно з газів. Їх називають «газовими гігантами». Науковці з’ясували, що кожна з цих планет настільки велика, що сила тяжіння поблизу її центру може стиснути газ достатньо сильно, щоб утворилося рідке або тверде ядро. Щоб перевірити гіпотезу про наявність в Юпітера твердого ядра, в 2011 році науковці направили космічний зонд «Юнона» до цього газового гіганта. «Юнона» досліджує внутрішню будову й атмосферу Юпітера, картографує його магнітне поле. Завдяки стрімкому розвитку технологій, науковці та науковиці отримали змогу спостерігати за екзопланетами, що обертаються навколо інших зірок. Велика кількість екзопланет схожі на Юпітер. Деякі з екзопланет, перебувають у процесі формування. Тому спостереження за ними допомагає з’ясувати, як виникла та формувалася Сонячна система. Науковці та науковиці постійно аналізують зібрані дані про екзопланети, щоб перевірити свої гіпотези про утворення та формування планет.

Рис. 11.14. Вигляд Сатурна з космічного зонда «Кассіні»

Рис. 11.15. Міжпланетний космічний зонд «Юнона» на тлі Юпітера

Попрактикуйтеся 6

На рис. 11.16 зображено поверхню планети Меркурій. Кожна кругла западина на поверхні планети — це кратер, утворений ударом метеорита. а) Що спричиняє зіткнення твердих порід із планетами? б) Поясніть, як сформувалися кам’янисті планети.

Рис. 11.16. Поверхня Меркурія

223

Наука в дії. Дослідження космосу — командна робота

Рис. 11.17. Автоматична міжпланетна станція «Розетта», запуск якої було здійснено в 2004 році, у 2016 році здійснила посадку на комету Чурюмова-Герасименко, що була відкрита в 1969 році Кримом Чурюмовим й Світланою Герасименко

Наука про космос — це командна робота. Відправлення космічних зондів для дослідження планет потребує залучення великої кількості людей. ● Кожен космічний зонд містить прилади, які розробляються, будуються й управляються командою. ● Дослідження космосу коштує дорого. Фінансування та персонал, необхідні для цього, надходять з різних країн. Космічному зонду потрібно багато часу, щоб долетіти до зовнішніх планет. Наприклад, «Вояджер-2» запустили в 1977 р., а Юпітера він досягнув у 1979 р., Сатурна — у 1981 р., Урана — у 1986 р. і Нептуна — у 1989 р. Проєкт «Кассіні» розпочався в 1988 році. Цей апарат запустили в 1997 році, але на орбіту навколо Сатурна він вийшов лише в 2004 році. «Кассіні» збирав дані ще 13 років, і для їх повного аналізу знадобиться ще багато років.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Сонце та планети утворилися з сонячної туманності у вигляді плоского диску в результаті дії гравітаційних сил. ✎ Сили гравітаційної взаємодії утримують планети на орбітах навколо Сонця, а супутники — на орбітах навколо планет. ✎ Науковці на основі математичних розрахунків спрогнозували положення Нептуна на нічному небі та підтвердили свій прогноз завдяки вдосконаленню телескопа.

Сонячна система, планета, карликова планета, метеорит, супутник, гравітація, орбіта, орбітальний рух, обертальний рух, астроном, телескоп, сонячна туманність, космічний зонд.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу змоделювати рух планет навколо Сонця. ✅ Я можу визначити закономірності в даних про планети. ✅ Я можу пояснити значення гравітації у формуванні Сонячної системи.

224

rnk.com.ua/108144

Розділ 11. Тема 2

Припливи й відпливи ● причин виникнення припливів й відпливів;

Будете навчатися:

● поняттям квадратурний приплив і сизигійний приплив; ● будувати та аналізувати графік на основі даних про припливи й відпливи.

Вода у Світовому океані Світовий океан — це водна оболонка Землі, що омиває всі материки й острови та вкриває майже 71 % поверхні нашої планети. Уся вода, що є на Землі, під дією сили тяжіння притягується до центру Землі. Гірські породи під океанами й континентами, уздовж берегів океанів, відіграють роль величезної ємності. Це пов’язано з особливостями будови Землі як космічного тіла. Планета обертається навколо своєї осі та рухається орбітою навколо Сонця, що впливає на розподіл енергії й освітлення поверхні Землі протягом року. Північний Льодовитий океан

Євразія

Північна Америка Африка Тихий океан

Індійський океан

Південна Америка Атлантичний океан

Австралія

Південний океан

Антарктида 0

2,500

5,000 km

Рис. 11.18. Материки й океани

Рис. 11.19. Вигляд поверхні Землі без води океанів

Зв’язки в науці Під час вивчення розділу «Будова та властивості речовин» ви дізналися про розташування та рух молекул речовини в різних агрегатних станах. а) На основі будови речовини поясніть, чому рідини розтікаються. б) Що спільного у властивостях рідин і твердих тіл?

225

Приплив Відплив

Діапазон припливів

Припливи й відпливи — періодичні коливання рівня води (підйоми та спади) в морях і океанах Землі, які зумовлені гравітаційним тяжінням Місяця й Сонця. Найвищий рівень води, що спостерігається під час припливу, називається повною водою, найнижчий рівень під час відпливу — малою водою. Середній рівень моря — умовна величина, вище від якої розташовані відмітки рівня води під час припливів, а нижче — під час відпливів. Проміжок часу між двома послідовними припливами або відпливами в даному місці земної поверхні становить приблизно 12 год 25 хв. Проміжок часу між припливом і відпливом становить близько 6 год 12 хв. Проміжок часу 24 год 50 хв між двома послідовними припливами називається припливною (або місячною) добою.

Вплив Місяця За законом всесвітнього тяжіння зменшення відстані між тілами призводить до збільшення сили тяжіння, що виникає між ними. В точці земної поверхні, що знаходиться під Місяцем, унаслідок дії сили тяжіння Місяця в океані формується припливна опуклість («горб»). Подібна опуклість утворюється на протилежному боці земної кулі. Це зумовлено обертальним рухом Землі навколо своєї осі та орбітальним рухом Місяця навколо Землі. Земля має нахилену вісь обертання, що спричиняє нерівномірне освітлення її поверхні. Саме завдяки цьому виникають пори року, а також нерівномірна інсоляція різних широт. Отже, вода в океанах виступає у двох місцях (рис. 11.20): навколо найближчої до Місяця точки; навколо найвіддаленішої від Місяця точки. У двох точках земної поверхні, які віддалені від припливних опуклостей на чверть кола Землі, відбуваються відпливи.

226

Земля здійснює один оберт за 24 години, тому припливна опуклість з’являється в певній точці Землі приблизно кожні 12 годин. Ми можемо спостерігати цю опуклість під час припливу, коли рівень води підвищується. Приблизно через 6 годин після припливу настає відплив і рівень води знижується.

ВІДПЛИВ

ПРИПЛИВ

ВІДПЛИВ Рис. 11.20. Припливні опуклості змінюють своє положення під час обертання Землі

Завдання 11.2. Дослідження даних про припливи й відпливи В таблиці наведено дані про рівень моря для двох різних місць (точок) берегової лінії. Виконайте наступні кроки для побудови лінійних графіків даних, що наведені в таблиці. 1. На аркуші в клітинку накресліть систему координат. На горизонтальній осі відкладіть значення часу (0 год має відповідати початку координат). На вертикальній осі відкладіть значення рівня моря відносно деякої нульової позначки.

Час у годинах (0 = північ)

Рівень моря в точці А (м)

Рівень моря в точці Б (м)

1,5

7,5

5,5

1,5

2. Підпишіть кожну вісь.

3. Для кожного стовпчика даних оберіть кольоровий олівець.

5,5

1,5

7,5

5,5

1,5

5,5

1,5

7,5

4. Побудуйте два графіки залежності рівня моря від часу доби для двох різних точок берегової лінії. 5. Для кожного точкового графіка побудуйте лінію найкращої відповідності (має вигляд кривої). 6. Додайте на графіку пояснення, який колір ви використали для кожної точки берегової лінії. Припливи й відпливи

227

7. На кожному графіку знайдіть точки, яким відповідає максимальне й мінімальне значення висоти рівня моря. 8. Поясніть, що показує найвища точка графіка? Найнижча? 9. Визначте інтервали часу між двома послідовними найвищими (найнижчими) точками кожного графіка. Що означає це значення? 10. Що означає проміжок часу між найближчими найвищою й найнижчою точками графіка? 11. Напишіть висновок, в якому для кожної досліджуваної точки берегової лінії зазначте час настання припливу й відпливу, максимальне й мінімальне значення рівня моря.

Попрактикуйтеся 1

Створіть схему, щоб пояснити, чому в кожній точці Світового океану приплив відбувається приблизно кожні 12 годин, а не кожні 24 години. Початківець човняр вирішив залишити невеликий човен на пляжі ближче до води. Помітивши це, більш досвідчений човняр попередив, що так робити не слід, оскільки триває відплив. Чому це може бути проблемою? Поясніть, чи правий був другий човняр. Сонце, Земля і Місяць обертаються навколо своєї осі проти годинникової стрілки. Місяць здійснює орбітальний рух навколо Землі також проти годинникової стрілки. Поясніть, чому проміжок часу між двома послідовними припливами (відпливами) становить трохи більше, ніж 12 годин.

Вплив Сонця Гравітаційна сила Сонця також впливає на водну оболонку Землі. Оскільки Земля рухається еліптичною орбітою навколо Сонця, змінюється відстань між ними, а отже — і сила тяжіння, що частково впливає на сезонні коливання припливів і відпливів. Цей вплив схожий на вплив Місяця, але він значно менший. Зазвичай ми не помічаємо цього впливу, але у двох випадках він стає суттєвим.

228

Дуже сильні припливи утворюються, коли Земля, Місяць і Сонце розташовуються на одній прямій. Це означає, що сили тяжіння Місяця й Сонця діють в одному напрямку на воду у Світовому океані. Внаслідок цього припливні опуклості стають більшими і рівень припливу досягає найвищої точки на березі. Це називається сизигійним припливом. В астрономії термін «сизигія» означає вирівнювання астрономічних об’єктів вздовж однієї прямої. Досить сильним є сизигійний приплив, який відбувається в період, близький до дати весняного рівнодення (19–21 березня), коли Сонце знаходиться повністю в площині екватора Землі. Цей момент — одна з двох точок орбітального шляху Землі, коли день і ніч майже однакові за тривалістю. Він підкреслює роль екватора як умовної лінії, що ділить Землю на півкулі й відображає баланс у розподілі сонячної енергії. Екватор — уявна лінія, що ділить Землю на північну та південну півкулі, і є важливою умовною межою для відліку широти. Він розташований під прямим кутом до осі обертання Землі. Іноді сили гравітаційної взаємодії між Сонцем і Землею та Місяцем і Землею діють під прямим кутом одна до одної. Унаслідок цього припливні опуклості стають меншими і рівень моря під час припливу не піднімається так високо, як зазвичай. Це називається квадратурним припливом.

місячний приплив

перша чверть місячний приплив

повний місяць

новий місяць сонячний приплив

сонячний приплив

друга чверть

а)

б)

Рис. 11.21. Положення Сонця й Місяця: а) — під час сигизійного припливу; б) — під час квадратурного припливу Припливи й відпливи © ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.

229

Попрактикуйтеся 4

Бар’єр Темзи в Лондоні (Велика Британія) — це комплекс захисних стін, які можна підняти вгору, щоб перекрити рух води проти течії й захистити місто та його околиці від штормового припливу висотою до 7 м з Північного моря. Чому цю споруду обов’язково застосовують під час сизигійного припливу в період весняного рівнодення? Найвищі океанічні припливи досягають 18 метрів (затока Фанді в Канаді), а найнижчі — зазвичай менше метра. Припливи й відпливи також відбуваються й у Чорному морі, але вони практично непомітні й не пов’язані з переміщенням припливних хвиль поверхнею Світового океану. Рівень води під час припливів і відпливів може коливатися в межах 3-10 сантиметрів. Особливо високою припливна хвиля може бути в глибоких та вузьких затоках і річках, що впадають в океан. Утворена припливом хвиля здатна швидко рухатися проти течії річки. Прикладом є Амазонка, на якій припливна хвиля висотою до 4 м поширюється проти течії річки на відстань 1400 км.

Підсумки

Ключові поняття

✎ Припливи й відпливи є періодичними коливаннями рівня води в океанах, які виникають у результаті гравітаційної взаємодії Землі з Місяцем і Сонцем. ✎ Сизигійні припливи відбуваються, коли сила тяжіння Сонця, що діє на Землю, спрямована в тому ж напрямку, що й сила тяжіння Місяця на Землю. ✎ Квадратурні припливи — коли сила тяжіння Сонця на Землю напрямлена під прямим кутом до сили тяжіння Місяця на Землю.

Рівень моря, приплив, відплив, припливна хвиля, квадратурний приплив, сизигійний приплив.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу представити дані про припливи й відпливи у вигляді графіка. ✅ Я можу пояснити, чому виникають припливи й відпливи. ✅ Я можу пояснити, чому припливи й відпливи відбуваються майже кожні 12 годин.

230

rnk.com.ua/108145

Розділ 11. Тема 3

Затемнення Будете навчатися:

● причин виникнення сонячного та місячного затемнень; ● різниці між повним і частковим затемненням; ● виконувати безпечне спостереження Сонця й сонячного затемнення.

Сонячні затемнення Земля здійснює орбітальний рух навколо Сонця, а Місяць — навколо Землі. Період обертання Місяця навколо Земл — приблизно 27,3 доби. Цей самий час потрібен Місяцю, щоб зробити повний оберт навколо власної осі, тому з поверхні Землі людина завжди бачить лише один бік Місяця. Площина орбіти Місяця нахилена до площини орбіти Землі під деяким кутом (рис. 11.22). Цей нахил становить приблизно 5°, тому затемнення відбуваються не щомісяця, а лише тоді, коли Місяць проходить поблизу вузлів своєї орбіти, де вона перетинає площину орбіти Землі. Це означає, що Місяць іноді проходить між Сонцем і Землею та блокує сонячне світло, яке не потрапляє на певні ділянки земної поверхні (рис. 11.23). Таке блокування світла називається сонячним затемненням. На поверхні Землі здається, що Місяць має такий же розмір, як і Сонце. Це пояснюється тим, що відношення відстані Сонце–Земля до відстані Місяць-Земля таке ж, як і відношення діа метра Місяця до діаметра Сонця. Повне сонячне затемнення в певному місці поверхні Землі триває лише кілька хвилин. Там, де на поверхню Землі впала півтінь, спостерігають часткове сонячне затемнення.

Рис. 11.22. Орбіта Місяця навколо Землі має нахил порівняно з орбітою Землі навколо Сонця (не в масштабі)

Півтінь (часткове затемнення) Сонце

Орбіта Землі

Тінь (повне затемнення)

Місяць Орбіта Місяця

Земля

Рис. 11.23. Розташування Сонця, Землі і Місяця під час сонячного затемнення (не в масштабі)

231

Рис. 11.24. Сонячне затемнення: часткове

Рис. 11.25. Сонячне затемнення: повне

Через блокування Місяцем сонячного світла на невелику ділянку земної поверхні падає глибока тінь (рис. 11.23). На цій ділянці спостерігається повне сонячне затемнення. Навколо ділянки тіні є область, у якій сонячне світло блокується лише частково. Ця область тіні називається півтінь. У цій зоні спостерігається часткове сонячне затемнення. Під час часткового сонячного затемнення з поверхні Землі Сонце виглядає так, ніби від нього «відкусили шматок». Під час сонячного затемнення: змінюється поведінка тварин; знижується температура повітря; можна бачити зорі; можна побачити зовнішній шар атмосфери Сонця, який має назву сонячна корона. Під час повного сонячного затемнення також можна побачити ефект, який називається діамантовим кільцем (тонка смужка світла навколо краю Місяця з надзвичайно яскравою плямою, схожою на дорогоцінний камінь на каблучці; спричинене взаємодією сонячного світла з нерівним рельєфом Місяця). Сонячні та місячні затемнення тісно пов’язані з фазами Місяця. Сонячне затемнення відбувається лише під час молодика, а місячне — під час повного Місяця. Саме фази Місяця — молодик, перша чверть, повний Місяць і остання чверть — є наслідком змін його освітлення Сонцем залежно від розміщення відносно Землі.

Наука в дії. Дослідження реакції тварин Група українських дослідників вивчала біологічний вплив повного сонячного затемнення 11 серпня 1999 року в Болгарії. Ще до початку повної фази затемнення помітно змінилася поведінка птахів і комах. За 24 хв до повного затемнення ластівки стали збиратися у великі зграї, а через 1 хв після них те ж саме зробили й мартини. За 4 хв до повної фази всі ластівки відлетіли до своїх гнізд. За 2 хв до повної фази почало поступово затихати цвіркотіння коників.

232

У момент настання повного затемнення повністю замовкли всі денні комахи, нічні види також не виявили ніякої активності. Мартини, навпаки, галасували помітно частіше та гучніше. В окремих селах водночас заспівали півні. Перші звуки окремих представників комах можна було почути лише через 4 хв після закінчення повної фази. Перші ластівки з’явились через 11 хв після закінчення повної фази, а через 15 хв після неї птахи відновили звичайні маршрути своїх польотів. За хвилину до цього великі зграї мартинів почали потроху розпадатися. Цвіркотіння коників та інших денних комах повністю відновилося через 20 хв, а загальна чисельність ластівок у полі зору — приблизно через годину.

Рис. 11.26. Фази сонячного затемнення

Завдання 11.3. Конструювання пристрою для спостереження Конструювання пристрою для безпечного спостереження за Сонцем Відчуйте себе в ролі інженерів-винахідників. Ваше конструкторське завдання полягає в тому, щоб виготовити та випробувати пристрій для безпечного спостереження за Сонцем. Вам знадобиться таке обладнання: два аркуші білого картону розміру A4, алюмінієва фольга, клейка стрічка (скотч), олівець, ножиці, ліхтарик. 1. Візьміть перший аркуш картону і виріжте в ньому круглий отвір діаметром 4–5 см. 2. З алюмінієвої фольги виріжте квадрат стороною 10 см. 3. Покладіть фольгу на один бік картону з отвором і приклейте краї фольги до картону. Отвір у картоні має бути закритий фольгою (рис. 11.28 а). Рис. 11.27. Спостереження сонячного затемнення за 4. За допомогою олівця зробіть невелидопомогою телескопа й екрана кий круглий отвір у центрі фольги.

233

5. Покажіть пристрій вчителю / вчительці й отримайте дозвіл випробувати. Попередження! Ви можете випробувати Ваш пристрій тільки з дозволу вчителя / вчительки після попереднього огляду ним / нею пристрою! Не дивіться на Сонце без захисту очей, навіть протягом короткого часу!

6. Для випробування вам знадобиться допомога двох друзів. Треба, щоб вони стали на відстані 3–5 м один від одного, хтось з них тримав вертикально розташований другий аркуш картону, а хтось змоделював Сонце, спрямовуючи світло ліхтарика на цей аркуш картону (рис. 11.28 б).

7. Розташуйте перший аркуш картону (з фольгою й отвором) між ліхтариком і другим аркушем так, щоб він біла картонна картка був паралельний другому аркушу. маленький круглий отвір Відрегулюйте відстань між двома аркушами картону так, щоб ви могли харчова фольга бачити яскраву точку світла, що провеликий круглий отвір, єктується з отвору в фользі на друвирізаний у картці гий аркуш. а

8. Попросіть вчителя/вчительку перевірити ваш пристрій. Потім, чітко ліхтарик дотримуючись усіх інструкцій, налаштуйте пристрій так, щоб побачити зображення Сонця, яке проєктується картка пучок непрозора крізь отвір у фользі на другий арз отвором картка-екран світла куш картону. Чи можна відрегулюваб ти пристрій так, щоб побачити чітке Рис. 11.28. а — Квадрат із фольги зображення Сонця? Ви також можете наклеєний на круглий отвір у аркуші використовувати пристрій для спокартону. б — Тестування пристрою стереження за Місяцем вночі. зображення

Попрактикуйтеся 1

Багато стародавніх культур намагалися пояснити сонячні затемнення, стверджуючи, що величезна істота, наприклад, дракон, поїдає Сонце. Уявіть, що ви намагаєтеся пояснити, чому насправді відбувається сонячне затемнення. Накресліть пояснювальну схему.

234

Попрактикуйтеся 2

Пригадайте, як астрономи передбачали положення Нептуна, і як люди можуть передбачати припливи й відпливи. Астрономи можуть дуже точно передбачити дати, час і місця, де можна буде спостерігати сонячні затемнення на багато сотень років уперед. Поміркуйте, яка інформація потрібна астрономам, щоб робити такі прогнози. Як реагують птахи на несподівану темряву під час повного сонячного затемнення?

Місячні затемнення Коли Земля рухається між Сонцем і Місяцем та відкидає на свій супутник тінь, то можна спостерігати явище, яке називається місячним затемненням. Нахил осі Землі (приблизно 23,5° до площини орбіти) також має велике значення. Саме завдяки цьому нахилу відбувається зміна пір року, а освітлення Місяця й Землі в різні періоди змінюється. Розрізняють повне й часткове місячні затемнення. Повне місячне затемнення відбувається, якщо Місяць повністю потрапляє в тінь Землі. Під час такого затемнення поверхня Місяця набуває помаранчево-червоного забарвлення. Кривавий колір Місяця зумовлений тим, що супутник Землі продовжує освітлюватися променями, що пройшли по дотичній до Земної атмосфери й розсіялися нею. В атмосфері Землі відбувається розсіювання червоно-помаранчевої частини сонячного світла (спектру). Оскільки Земля набагато більша за Місяць, то під час місячного затемнення вона довше блокує сонячне світло, ніж Місяць під час сонячного.

Сонце

Півтінь

Місяць Земля Зона повної тіні Рис. 11.29. Розташування Сонця, Землі й Місяця під час місячного затемнення (не в масштабі)

Рис. 11.30. Місяць під час місячного затемнення

235

Це також означає, що місячне затемнення можна побачити з набагато більшої території Землі, ніж сонячне. Часткове місячне затемнення відбувається, якщо лише частина Місяця потрапляє в тінь Землі. Під час часткового місячного затемнення частина місячної поверхні освітлюється прямими сонячними променями.

Попрактикуйтеся 4

Поясніть, чому під час повного сонячного затемнення місяць забарвлюється в помаранчево-червоний колір.

Обговоріть, чому сонячне затемнення триває лише кілька хвилин, а місячне — кілька годин.

Рис. 11.31. Фази місячного затемнення

Підсумки

Ключові поняття

✎ Сонячне затемнення — це астрономічне явище, що відбувається, коли Місяць проходить між Сонцем і Землею, блокуючи сонячне світло для невеликої частини поверхні Землі. ✎ Місячне затемнення — астрономічне явище, яке відбувається, коли Земля перебуває між Сонцем і Місяцем, і Місяць потрапляє в тінь Землі. ✎ Слід використовувати спеціальне обладнання для спостереження за сонячним затемненням, уникаючи прямого погляду на Сонце.

Повне сонячне затемнення, часткове сонячне затемнення, повне місячне затемнення, часткове місячне затемнення, доба, рік, сонячна корона.

Оцініть свої досягнення ✅ Я можу пояснити, чому виникають сонячні й місячні затемнення. ✅ Я можу схематично зобразити розташування Сонця, Землі й Місяця під час місячного й сонячного затемнень. ✅ Я можу створити прилад для безпечного спостереження за сонячним затемненням.

236

Перевірте себе

І. Усвідомлюю закономірності природи 1. Основною причиною припливів і відпливів у Світовому океані є сила тяжіння: А Сонця; В Землі; Б Місяця; Г інших планет. 2. Вважається, що Сонячна система утворилася: А з великої кількості твердих порід, що розкололися на частини; Б в результаті зіткнення двох зірок; В з сонячної туманності, з газу та пилу; Г внаслідок руйнування галактики. 3. Оберіть два правильних твердження: А щодня відбувається один приплив; Б основною причиною відпливів є сила тяжіння Сонця; В щодня відбувається два припливи; Г основною причиною відпливів є сила тяжіння Місяця. 4. Яке затемнення зображено на рисунку?

А повне сонячне; Б часткове сонячне;

В повне місячне; Г часткове місячне.

ІІ. Здійснюю пошук та опрацьовую інформацію 5. В таблиці наведено дані про рівень моря відносно деякої позначки на стіні гавані. Дата липня

Найбільше значення рівня моря (м)

4,9

5,2

5,6

5,2

4,8

4,5

4,9

Найменше значення рівня моря (м)

2,7

2,4

1,9

2,3

2,6

2,9

2,5

а) Користуючись лише даними таблиці, визначте максимальне значення рівня моря. б) Вкажіть дату в липні, коли спостерігається найбільший діапазон коливань рівня моря.

237

6. Космічний зонд «Галілео» зібрав велику кількість даних про Юпітер та його супутники. Європа (рис. 11.32) є одним з супутників Юпітера. Поясніть, чому Європа обертається навколо Юпітера. Рис. 11.32.

7. Розгляньте малюнок та заповніть пропуски в тексті, використовуючи подані нижче слова. часткове

повне

місячне

Сонце

сонячне

Земля Місяць

X Y

Людина, яка перебуває в точці X, побачить затемнення. Людина, яка перебуває в точці Y, побачить затемнення.

ІІІ. Проводжу дослідження природи 8. На рисунку зображено ділянку на поверхні Землі, з якої можна було спостерігати сонячне затемнення. Люди знаходяться в точках P, Q, і R. Опишіть, що бачитиме кожна людина під час затемнення.

зона повної тіні

півтінь Q

9. Назвіть чотири відмінності між Меркурієм і Юпітером. 10. Чому спостереження за іншими зоряними системами може допомогти дізнатися, як утворилася Сонячна система?

238

Алфавітний покажчик

А Ампер 181 Атом 78 В Вакуум 150, 160 Валентність 86 Виділення 16 Висновок 16, 49 Відлуння 165 Вірус 41 Внутрішня енергія 78, 128 Г Гемоглобін 33 Гідролокація 165 Гіпотеза 16, 49, 189 Гравітація 144, 224 Гриб 41 Д Дихальна система 22 Дихотомічний ключ 65 Доказ 16, 49, 189 Е Електрична схема 177 Електричний струм 128, 173 З Землетруси 199 Земна кора 189 Звук 128 І Індикатор 97, 116 К Кислотне середовище 97 Кислотний дощ 204 Кінетична енергія 128 Клітина 22, 41, 59 Конденсація 78, 212 Контрольна змінна 116, 132 Корисна енергія 132 Л Лакмус 97 Літосферні плити 189 Луг 97

М Магма 199 Метал 82, 91 Мітохондрія 29 Модель 78, 107, 160 Н Напруженість гравітаційного поля 144 Неметал 82, 91 О Обертальний рух 224 Озоновий шар 204 Орган 22 Осад 107, 112 П Плавлення 78 Пліснява 41 Потенціальна енергія 128 Приплив 230 Прискорення вільного падіння 144 Р Реагент 107 Речовина 86, 107 Розсіювання енергії 132 Розчин 112 Рослинна клітина 29 С Серцево-судинна система 22 Спеціалізована клітина 33 Сплав 86, 91 Т Тваринна клітина 29 Температура 128 Теплопровідність 91 Тканина 22 Травна система 22 Трофічна мережа 49 У Універсальний індикатор 97, 116 Ш Швидкість поширення звуку 160 Я Ядро 29, 59, 189

239

Відомості про користування підручником № з/п

Прізвище та ім’я учня / учениці

Навчальний рік

Стан підручника на початку року

у кінці року

1 2 3 4 5

Навчальне видання

МАНДРЕНКО Юлія Ігорівна ГОРДІЄНКО Марина Леонідівна ДОВГАНЬ Галина Дмитрівна ОМЕЛЯНЧУК Юлія Олександрівна ЦИГВІНЦЕВ Ігор Геннадійович КУЧЕР Ігор Ігорович

«ПРИРОДНИЧІ НАУКИ» Підручник інтегрованого курсу для 7 класу закладів загальної середньої освіти

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України Видано за рахунок державних коштів. Продаж заборонено Підручник відповідає Державним санітарним нормам і правилам «Гігієнічні вимоги до друкованої продукції для дітей»

Провідна редакторка Єрьоміна Ю. А. Технічні редактори Васильченко Н. В., Пліско А. В. Художнє оформлення Труфена В. І., Задорожної Т. В. Підписано до друку 20.05.2026. Формат 84×108/16. Папір офсетний. Гарнітура Рубана. Друк офсетний. Ум. друк. арк. 25,2. Обл.-вид. арк. 23,81. Наклад 14 725 пр. Зам. № 26041. ТОВ Видавництво «Ранок», пр. Незалежності, 5, Харків, 61022; вул. Деревлянська, 13, Київ, 04119. E-mail: office@ranok.com.ua Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК № 8348 від 02.06.2025. Надруковано у друкарні ТОВ «МЕГА ПРЕС ГРУП», пр. Леся Курбаса, 2д, м. Київ, 03065 Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК № 8487 від 24.10.2025. Тел. +38 (044) 455-46-22

Служба підтримки: rnk.com.ua/107946

Природничі науки підручник інтегрованого курсу для 7 класу закладів загальної середньої освіти

Особливості підручника: практична спрямованість; подання матеріалу невеликими змістовими блоками; покрокові інструкції до дослідницьких робіт; компетентнісно орієнтовані завдання до кожної теми; завдання для самоперевірки до кожного розділу; сучасний дизайн, зручний формат.

Інтерактивний електронний додаток містить: різнорівневі завдання для кожної теми; завдання до віртуальних лабораторних досліджень.

Цей підручник спонукає учнів реалізовувати свій потенціал, відчувати власну значущість, навчає мислити й працювати науково, формує уявлення про цілісну наукову картину світу та усвідомлення значення людини в ньому.

Інтерактивний електронний додаток доступний за QR-кодом або посиланням rnk.com.ua/107269