úvod
Proč se učím fyziku? … budu vědět, z čeho se skládají tělesa a v jakém skupenství se mohou v přírodě vyskytovat látky … dozvím se o atomech, molekulách, jejich vlastnostech a velikosti … poznám fyzikální veličiny, například délku, hmotnost, teplotu, čas, a některé z nich se naučím měřit … poznám, co je to hustota, a naučím se ji vypočítat … porozumím některým jevům, se kterými se setkávám, například proč průhledné pravítko přitahuje malé kousky papíru, proč některé látky jsou dobrými elektrickými vodiči a jiné ne … dozvím se, co je to blesk a jak se před ním chránit … lépe porozumím jevům, které jsou založeny na účincích magnetů … porozumím činnosti některých elektrických spotřebičů … zjistím, jak jsou zapojeny žárovky osvětlující místnosti … osvojím si základy bezpečného zacházení s elektřinou
Symboly užívané v učebnici: otázka, úkol řešení, bádání pokus souvislosti chytrá hlava (úkol s vyšší obtížností)
K rychlé orientaci můžete využít i rejstříky na str. 125.
5
úvod
„Fyzika je prostě všude kolem nás“ Lenka postoupí po prázdninách z 5. do 6. třídy základní školy a bude se učit novým předmětům. Na konci června dostala stejně jako její spolužáci spoustu nových učebnic. Na první pohled ji zaujala učebnice fyziky. Kamarádka Lucka ale říkala, že je fyzika těžká. Rozhodla se proto zeptat o prázdninách dědečka, který byl učitelem fyziky. Často ho slyšela říkat: „Fyzika má budoucnost. Ať se podíváš kamkoli kolem sebe, všude uvidíš fyziku.“ Když konečně začaly prázdniny, přibalila učebnici fyziky a jela k dědečkovi… Když se mu svěřila se svými starostmi, jestli není fyzika obtížná, dědeček se usmál a povídá: „Vše, co člověk dělá pořádně, je obtížné. Snadné je jenom nicnedělání, válení se v posteli a lenivění.“ A v průběhu prázdnin na fyziku často Lenku upozorňoval.
I obyčejné kladivo v sobě skrývá spoustu fyziky Hned druhý den, když Lenka přijela z výletu na kole s kamarádkami, zašla za dědečkem do dílny a ten jí po chvíli povídá: „Tvůj dnešní výlet byl plný fyziky. Nejdříve jsi volala kamarádkám mobilem, abyste se domluvily. Pak jste jely na kole. Mobil i kolo, to je samá fyzika. Když ses vrátila, zazvonila jsi, odpověděl jsem ti domácím telefonem, otevřel ‚elektrickým vrátným‘. I tohle všechno je také fyzika. Také tady v dílně je fyzika všude, kam se podíváš. Bruska, čerpadlo, svěrák, kleště, šroubovák, ve všech případech se využívají fyzikální zákony.“
„A co kladivo? To je přece jednoduché, tam se nemůže žádná fyzika schovávat…“ „Vidíš, a přece i obyčejné kladivo v sobě skrývá spoustu fyziky. Všimni se, že mám kladiva různých velikostí. Na malé hřebíčky malé, na velké hřeby veliké. Zvláštní kladiva používají dlaždiči, jiná tesaři, další zedníci, geologové, horníci, … A slyšela jsi někdy slova palice, pospěch, perlík, pucka, pemrlice nebo nosatec? I to jsou speciální kladiva.“
6
úvod Druhý den přišla řeč na fyziku po obědě, když si Lenka vzala nanuk a sedla si do houpací sítě: „Včera jsi mi ukazoval, kde se vyskytuje fyzika v dílně. A co mimo dílnu? Najdeme fyziku třeba i tady?“ „Samozřejmě. Ty máš nanuk a já limonádu z chladničky: chladnička i mrazák jsou zase fyzika. Nanuk taje stejně jako led v limonádě, opět fyzika. Brčko v limonádě je o podtlaku, také fyzika. A houpací síť je zase fyzika. Prostě fyzika je všude kolem nás. Možná se ti na tom nezdá nic divného. Kdybych se tě ale zeptal, proč to tak je, jak všechno tohle funguje, asi bys nevěděla. Už za rok budeš něčemu z toho rozumět. A za pár let fyziky budeš rozumět většině těchto věcí. Kdybych byl mladý, zase bych chtěl studovat fyziku. Vždycky mě zajímalo, jak věci fungují, snažil jsem se přijít věcem na kloub. A dneska je kolem nás spousta nových přístrojů, o kterých jsem v mládí neměl ani ponětí…“ „Taky bych chtěla vědět, jak funguje televize, mobil, lednička, … Ale není to těžké? Dá se to všechno vůbec naučit?“ ptala se Lenka. „Fyzika se neučí nazpaměť jako básnička. Některé věci si sama vyzkoušíš, jiné budeš pozorovat kolem sebe, a tak je pochopíš. Nemusíš pak sedět hodiny nad knížkou. Ve škole si budete zkoušet různé pokusy. Složitější pokusy vám ukáže paní učitelka. Někdy také budete mít laboratorní práce. To děláš pokusy a měříš celou hodinu. Podle učebnice se také naučíte všímat si jevů, jako je třeba duha, blesky, fáze Měsíce, zamrzání a tání vody na rybníku a spousta dalších věcí.“
„Pojď se, Lenko, podívat na knížku o vynálezech. I tady se setkáš s fyzikou, a to skoro na každé stránce. Třeba tady se píše o Viktoru Kaplanovi, který před sto lety v Brně vynalezl vodní turbínu. V ní voda roztáčí turbínu a pohyb turbíny se převádí na elektrickou energii. Víš, že máme doma také jednu Kaplanovu turbínu? Můžeme se na ni podívat…“
7
Viktor Kaplan, rakouský inženýr a vynálezce turbíny
úvod A tekla by vůbec bez elektřiny voda? Večer se dědeček s Lenkou dívali v televizi na předpověď počasí. Protože předpověď byla příznivá, naplánovali si výlet na Šumavu. Dědeček opět nezapomněl připomenout, že televize i předpověď počasí jsou fyzika. Výlet na Šumavu zahájili prohlídkou vodních elektráren Vydra a Čeňkova pila. Průvodce jim vyprávěl o složitém životě lidí žijících dříve v horách, kteří byli odkázáni pouze na svou sílu a sílu zvířat. Postupně se učili využívat energie větru, slunce, ale zejména energie vody. Díky elektrické energii je nyní i život lidí v horách snazší než dříve.
Vodní elektrárna Vydra
Když seděli na břehu řeky Vydry, v jejímž korytě si s hučením voda složitě hledá cestu mezi spoustou ohlazených balvanů, navázal dědeček hovor na téma zavádění elektřiny: „Dovedeš si, Lenko, představit, jak se žilo dříve bez elektřiny? Zkus schválně popsat, jak by asi vypadal začátek tvého dne bez elektřiny.“ Lenka začala odpovídat rychle, ale najednou zaváhala: „Jak bych si uvařila čaj? Jak bych si v koupelně svítila? … A tekla by vůbec bez elektřiny voda?“
František Křižík
„Vidíš sama, jak elektřina změnila život lidí. V Čechách se o zavádění elektřiny zasloužil František Křižík. Vyráběl a vylepšoval obloukové lampy k osvětlení ulic. I elektrické tramvaje v Praze začaly jezdit díky němu. Na zpáteční cestě se zastavíme v jeho muzeu v Plánici u Klatov.“
8
úvod Čas ubíhal, sluníčko překryl černý mrak a bylo jasné, že přichází bouřka, která se již vzdálenými záblesky ohlašovala. Proto rychle opustili Vydru a spěchali k autu. Stačili to jen tak tak, zrovna začínalo pršet. „Ale co když do auta uhodí?“ lekla se Lenka. „To sice může, ale nic se nám nestane,“ řekl dědeček, „až se při fyzice budete učit o Faradayově kleci, pochopíš proč. A doma tě samozřejmě ochrání bleskosvod. První bleskosvod u nás sestavil Prokop Diviš. Jeho památník je ve Znojmě.“
Prokop Diviš
Domek Prokopa Diviše v Žamberku
Památník Prokopa Diviše ve Znojmě-Příměticích
I náš malý národ se zapsal mezi vynálezce Po návratu si sedli k peci a listovali znovu v knize Vynálezy a pak v obrázkové knize. Připomněli si české vědce, kteří přispěli k rozvoji fyziky a techniky: bratrance Veverkovy, Františka Křižíka, Josefa Božka, Josefa Ressela, Jindřicha Odkolka, Viktora Kaplana, Karla Klíče, Ottu Wichterleho a Jaroslava Heyrovského. „Vidíš, Lenko, že i tak malý národ, jako jsme my Češi, se může výrazně zapsat mezi vynálezce. Nejvýznamnější vědci jsou již více než sto let oceňováni Nobelovou cenou. To je cena, která se vyplácí z dědictví po Alfrédu Nobelovi. Ten vynalezl dynamit, který usnadňuje práci v dolech a na stavbách. Nobela zklamalo, že se jeho vynálezu zneužívá i k zabíjení lidí. Proto věnoval peníze, které za dynamit dostal, na odměny za vědecké objevy, literaturu a zásluhy o mír.“ „A dostal Nobelovu cenu i některý Čech?“ „Ano, Jaroslav Heyrovský. Podívej, tady na obrázku Nobelovu cenu právě přebírá.“
9
úvod
Jaderná elektrárna Temelín
Najednou se Lenka zarazila. „Podívej se, dědo, na tenhle obrázek: výbuch atomové bomby. Ten zabil hodně lidí – to není fyzika?“ „Ano, i tohle je fyzika, Lenko, ale tak to máš se vším. I taková užitečná věc, jako je automobil, může zabíjet. Viděla jsi dneska, jak nás to modré BMW předjíždělo přes plnou čáru. Záleží vždycky na lidech, kterým se vynález dostane do rukou. Tady vedle vidíš jadernou elektrárnu, která stejnou energii využívá užitečně.“
Večer před spaním pak Lenka volala kamarádce Báře a popisovala jí, co všechno za celý den prožila: „Podle toho, co dědeček říká, je fyzika vlastně všechno kolem nás. Bála jsem se, ale teď už se na fyziku docela těším.“
10
TĚLESO A LÁTKA
Těleso a látka
Ledovec, mraky, moře — tři podoby vody. Všechny tři tyto podoby jsou důležité pro život. Mraky přinášejí déšť, bez kterého by se země proměnila v poušť. Zvětšení ledovců v dobách dávno minulých bylo počátkem doby ledové, která ohrozila život člověka ve velké části Evropy. Tání ledovců může naopak zvýšit hladinu moře a ohrozit zaplavením města a celé státy s malou nadmořskou výškou. Moře je důležitou zásobárnou tepla. Bez moře by byly teplotní rozdíly mezi zimou a létem mnohem výraznější. V moři vznikl život. Tři podoby vody. Kde není voda, není život, rozhodně ne takový, jaký známe ze Země.
11
TĚLESO A LÁTKA
Co nás obklopuje? Podívejme se kolem sebe na to, co nás obklopuje. Vidíme tabuli, lavici, křídu, tužku, učebnici, spolužáky; na ulici automobil, budovu; doma televizor, postel, skříň a mnoho dalších věcí. Některé věci nemůžeme vidět, vnímáme je ale jinými smysly: hmatem můžeme vnímat vzduch při mávnutí rukou, čichem různé vůně a pachy. Věci se odlišují v mnoha vlastnostech, jakými jsou například tvar, barva, velikost a tvrdost. Pokud můžeme o nějaké věci říkat, že QQ má nějaký tvar, QQ má rozměry a QQ nachází se v určitém místě, budeme takovou věc ve fyzice nazývat těleso.
Věci kolem sebe vnímáme smysly. Kolik smyslů máme a jak se nazývají? U kterých věcí je důležitá velikost, u kterých barva, tvar, tvrdost? Kde se s takovými věcmi setkáváme? Učíte se i v jiných předmětech o nějakých tělesech? O kterých?
Mezi tělesa řadíme i osoby, zvířata a rostliny.
❸Zkus určit, které z věcí ve tvém okolí jsou tělesy, a které ne. Je tělesem vzduch, řeka, mlha a pára z napařovací žehličky, kouř z komína?
Fyzici považují za tělesa i malé částice, například elektron, proton a neutron. U takových částic je podle současných představ složité určit tvar a konkrétní místo, kde se nacházejí.
Některá tělesa mají jednoduchý tvar:
Vyjmenuj alespoň dvě tělesa, která mají přibližně tvar koule, krychle, válce, jehlanu, kužele.
12
TĚLESO A LÁTKA Jiná tělesa mají tvar složitý:
Vyjmenuj dalších pět těles, která mají složitý tvar.
Tělesem může být i voda v láhvi, čaj v hrníčku, helium v balonku, bublina vzduchu ve vodě, vzduch v pneumatice.
Virus chřipky
Některá tělesa nemůžeme pozorovat a zkoumat přímo. Jsou například příliš daleko (hvězdy, planeta Jupiter, Saturn, …), nebo jsou příliš malá (mikroby, viry). Při zkoumání jejich vlastností se pak musí použít různé přístroje: kosmické sondy, dalekohledy, mikroskopy.
Vyjmenuj několik těles. Pokus se je seřadit podle velikosti a podle složitosti tvaru. V přírodopisu se odlišuje zkoumání těles neživých (nerosty) a živých (rostliny a živočichové). Fyzikální zkoumání živých a neživých těles se neliší.
Ve kterých jiných předmětech jsi se setkal s vesmírnými tělesy? Vyjmenuj planety sluneční soustavy a ukaž je na obrázku.
Fyzika zkoumá různé vlastnosti těles a jejich změny. Zabývá se i příčinami těchto změn. Tělesa mohou z různých příčin měnit například svou velikost, tvar i polohu. Těleso je osoba, zvíře, rostlina nebo věc, které můžeme přisoudit tvar, rozměry a polohu. Fyzika zkoumá vlastnosti a pohyb těles.
Kde se ke zkoumání těles používají mikroskopy?
Otázky a úkoly ➊ Které z následujících pojmů označují tělesa, a které ne? Kámen, pohoří Alpy, Tichý oceán, Slunce, zrcadlo, počítač, vůně růže, kniha, mlha, zub, tygr. ➋ Vyjmenuj alespoň čtyři tělesa, která mají přibližně tvar koule. Seřaď je od největšího k nejmenšímu.
13
TĚLESO A LÁTKA
Z čeho se tělesa skládají? Zkusme si představit, že nějaké těleso stále dělíme na menší a menší části. Časem vždy dostaneme těleso, které má ve všech částech stejné složení. Některá tělesa se skládají z dalších jednodušších těles. Kladivo lze obvykle rozebrat na tři různá tělesa: dřevěné topůrko, hlava kladiva a železný nebo dřevěný klínek, kterým je hlava kladiva upevněna na topůrko.
Součásti kladiva
Automobil se skládá z několika tisíc jednodušších těles:
Vyjmenuj alespoň dalších deset těles, ze kterých se skládá automobil.
Po rozebrání automobilu bychom získali mnoho částí, například kovovou matici, sklo z reflektoru, nárazník z plastu, …
Některé látky se mohou měnit v jiné látky. Dřevo se hořením mění v různé plyny a popel. Ve vyšších ročnících se budete učit o takových změnách látek v chemii. Fyzika většinou zkoumá děje, při kterých se látky nemění.
Jestliže už se dalším dělením nemění složení tělesa, říkáme, že těleso je složeno z jedné látky. Látkou je například železo, sklo, cukr, plast, dřevo, nafta, voda, vzduch. Složitá tělesa se obvykle skládají z několika různých látek.
Dřevo
Cukr
Voda a vzduch
➍
Zkus nalézt některé jiné těleso, které se dá rozložit na několik dalších jednodušších těles.
Nafta
Víme, že některé věci nejsou tělesa. Můžeš najít věc, která není tělesem, a přesto je tvořena látkou nebo několika látkami? Pojmenuj vždy příslušnou látku.
14
Látky mají také další vlastnosti: jsou, či nejsou rozpustné ve vodě, vedou, či nevedou elektrický proud, různě se chovají v blízkosti magnetu apod.
TĚLESO A LÁTKA Látky mají různé vlastnosti, například barvu, tvrdost, hustotu; některé látky mají i chuť a vůni. Na rozdíl od těles však nemají tvar ani velikost.
Zkus si představit, že jsi se stal mravencem nebo jiným malým tvorem, který vidí i věci tisíckrát menší, než může vidět člověk. Které věci, kterým my lidé běžně říkáme látky, se ti teď jako látky jevit nebudou?
Tady je v učebnici napsáno, že písek je látka. Přitom to, čemu lidé říkají písek, je hromada malých kamínků. U některých látek při dalším zkoumání, například mikroskopem, zjistíme, že jsou tvořeny směsí dalších, jednodušších látek. Příkladem je dřevo. I při běžném pohledu vidíme, že části dřeva mají různou barvu (obrázek vlevo). Při pohledu mikroskopem (obrázek vpravo) však vidíme, že dřevo je složenou látkou; ve vyschlém dřevu je například i vzduch. Látky lze rozdělit na dvě velké skupiny: na látky organické, které vznikly činností živých organismů, a na látky neorganické. Dřevo
Dřevo při dvou různých zvětšeních
Podobně je tomu i se žulou, ze které jsou například některé dlažební kostky.
Žula
Žula pod mikroskopem (jsou vidět jednotlivé složky: živec, křemen, slída, …)
Všechno kolem nás je tvořeno látkami. Z různých látek se skládají tělesa, ale i věci, které tělesy nejsou (například pára z žehličky). Některé látky jsou směsí jiných, jednodušších látek (například dřevo, žula).
Otázky a úkoly ➊ Urči, zda jde o látky: citron, benzín, pes, teploměr, porcelán, papír, asfalt, med, krabice. ➋ Vyjmenuj alespoň tři látky, které vznikly činností živých organismů.
15
Se žulou se setkáte v přírodopisu i v zeměpisu. Žula tvoří základ některých pohoří, je to hornina.
TĚLESO A LÁTKA
Skupenství látek „Ty se dneska v tom jídle nějak nimráš, Petře. Nad čím přemýšlíš?“ „Ále, pan učitel nám říkal, že se máme zkusit na svět dívat fyzikálníma očima. Říkali jsme si, že řízek i brambory jsou tělesa, protože mají tvar, rozměry a jsou v nějakém místě. Nevím, jak je to s polívkou, protože její tvar se pořád mění…“ „Ty máš tedy starosti. Koukej jíst, ať ti jídlo nevychladne.“
Mramor se kvůli své pevnosti používá jako ušlechtilý stavební materiál. Používal se již ve starém Řecku a Římě. Dnes se často používají jeho imitace, protože přírodní mramor je drahý.
Tělesa ze železa, mramoru, žuly, betonu nemění snadno svůj tvar ani působením velké síly. Tělesa z hlíny, dřeva, masa nebo plastelíny mírně změní svůj tvar i při působení malé síly. I tato tělesa však docela dobře udržují svůj tvar. Také není snadné rozdělit takové těleso na několik částí. Ani jejich objem běžnými prostředky nezměníme. Říkáme, že taková tělesa jsou tvořena pevnými látkami.
U některých látek můžeme mít s určením skupenství potíže. Jedná se například o smolu na stromech nebo pastu na zuby. Také sklo velice pomalu teče, a tak staré okenní tabulky jsou dole silnější. Naopak písek se snadno přesýpá a mění tvar. Nápoje, ocet, med, olej nebo benzín či nafta mohou tvořit těleso jen tehdy, když jsou v nějaké nádobě. Jakmile nádobu nahneme nebo použijeme jinou nádobu, změní se tvar tělesa. Látky, které se takto chovají, nazýváme kapalné látky (kapaliny). Kapaliny můžeme snadno přelévat z jedné nádoby do druhé, vždy přijmou tvar nádoby. ezmi nepoužitou plastovou injekční stříkačku bez jehly, V naplň ji vodou, palcem zacpi otvor a pokus se stlačit píst. Pak stříkačku vyprázdni a pokus opakuj se vzduchem. Jaký je rozdíl? obře uzavřenou plastovou láhev zcela naplněnou vodou D zkus zmáčknout rukama. Pak láhev vyprázdni a pokus opakuj se vzduchem. Co pozoruješ?
16
TĚLESO A LÁTKA Vzduch přijímá tvar nádoby, ve které je uzavřen. Jeho objem se ovšem dá na rozdíl od kapalin měnit poměrně snadno. Při nafukování duše u kola se mění válcový tvar vzduchu v hustilce na prstencový tvar v duši kola, jeho objem se při nahuštění několikrát zmenší. Vzduch je plynná látka (plyn). Mezi plyny patří i další látky, které se chovají stejně, například kyslík, dusík, vodík, helium, oxid dusný, oxid uhličitý nebo oxid uhelnatý.
Oxid dusný se prodává v bombičkách, v láhvi na šlehačku zvětší svůj objem mnohokrát.
Plyny tvoří těleso jen tehdy, když jsou v nějaké uzavřené nádobě. Podobně jako kapaliny je můžeme snadno přelévat. Kapaliny i plyny mohou volně proudit – téct. Proto je označujeme společně jako tekutiny.
Zkus pod vodou přelít vzduch z jedné nádoby do druhé. K rozlišení výrazně odlišných stavů látek užíváme pojem skupenství. Železo, mramor a beton jsou běžně ve skupenství pevném, olej, med a benzín ve skupenství kapalném a vzduch, kyslík a dusík ve skupenství plynném. Někdy se setkáme i se čtvrtým skupenstvím, kterému se říká plazma. Je to zvláštní stav látky, který vzniká například v plameni, ve svítících zářivkách, při elektrickém sváření i jinde. Také hvězdy jsou ve skupenství plazmatu. Látky mohou být ve skupenství pevném, kapalném a plynném. těleso z látky ve skupenství
mění snadno
pevném
Slunce je jako jiné hvězdy ve skupenství plazmatu.
nemění tvar, objem
kapalném
tvar
objem
plynném
tvar, objem
Otázky a úkoly ➊ Které plyny vdechuje a vydechuje člověk? ➋ Z jakých látek se skládá vzduch? ➌ Uveď aspoň tři příklady těles v plynném skupenství a tři příklady těles v kapalném skupenství. ➍ Která tělesa v tůni mohou být v pevném, která v kapalném a plynném skupenství?
17
Biologové a lékaři používají pojem plazma pro určité tekutiny. Například v buňkách se nachází cytoplazma, karyoplazma, … Slovo plazma je však v biologii rodu ženského, kdežto ve fyzice rodu středního.
TĚLESO A LÁTKA
Skupenství vody
Voda má velký význam pro vznik života a jeho rozvoj na Zemi. Nedoká žeme si představit, že by život mohl vzniknout někde ve vesmíru bez existence vody.
Tomáš přišel ze školy. Snaží se se svými novými znalostmi pochlubit rodičům a zároveň je tak trochu napálit: „Co myslíš, táto, je řeka těleso?“ „Pokud si vzpomínám,“ nenechá se splést otec, „těleso má mít nějaký tvar. To se u řeky nedá stanovit, například se nedá přesně říci, kde řeka končí, ať už vtéká do moře či do jiné řeky, stejné je to i u přítoků. Podle mého řeka není těleso.“ „Správně,“ říká poněkud zklamaný Tomáš, „ale řekni mi, z jaké látky je řeka.“ „No, pokud bereme řeku jen jako to, co teče v řečišti, a nebudeme brát v úvahu živočichy a znečištění, tak se dá říci, že řeka je z vody.“ Tomáš konečně cítí příležitost tátu nachytat. „A co v zimě, když řeka zamrzne, to je přece z ledu!“ Náhle vstoupí do rozhovoru maminka: „Já vás tu poslouchám a málem se mi vyvařila voda na špagety.“
Mezi vodní plochy patří také slatě. Nacházejí se v místech s velkým výskytem rašeliny, která dává vodě charakteris tickou tmavou barvu.
Voda je látka, která může existovat za běžných podmínek ve všech třech skupenstvích. Nejčastěji se s ní setkáváme v podobě kapaliny. Vyjmenuj alespoň pět názvů, které používáme pro vodní plochy. Seřaď je od největší po nejmenší. Jedná se o tělesa? I pro tekoucí vodu používáme více pojmů: stružka, potůček, potok, říčka, řeka, tok, veletok, ale také například vodopád.
V kapalném skupenství najdeme vodu i ve formě deště, rosy, mlhy, orosení studené láhve, zamlžení oken či brýlí.
Jaký je nejvyšší vodopád na světě a kde se nachází? Které vodopády na světě jsou nejmohutnější a kde je najdeme?
Součástí vzduchu je voda v plynném skupenství – vodní pára. Jestliže vstoupíme ze zimy do teplé místnosti, začne se vodní pára při dotyku se studenými brýlemi přeměňovat na maličké kapičky vody, vzniká zamlžení brýlí.
Množství vodní páry ve vzduchu popisuje fyzikální veličina vlhkost vzduchu. Čím vyšší je teplota vzduchu, tím více vodních par může vzduch obsahovat. Jestliže teplý vzduch obsahuje hodně vodních par a ochladíme jej, začne se vodní pára přeměňovat na kapičky vody. Teplotě, při které začnou kapičky vznikat, říkáme rosný bod.
Podobně se v zimě usazují malé kapičky vody na vnitřní straně oken. Malé kapičky vody se usazují také na chladných tělesech, například na plechovce s nápojem, kterou vyndáme z lednice, na sklenici, do které nalijeme studenou tekutinu, na rostlinách při nízké teplotě vzduchu, …
Pro život na Zemi je důležitý koloběh vody. Popiš některé možnosti návratu vody do vodovodního kohoutku.
o větší nádoby nalij vodu. Hladina vody se ustálí v rovině, které D říkáme vodorovná. Nádobu s vodou pozvolna nahýbej. Všimni si, že hladina vody zůstává stále vodorovná. Jak vzniká rosa? Proč se zamlžují brýle či okna?
18
TĚLESO A LÁTKA
Co mají společného hrnec plný vařící vody, parní lokomotiva a bouřkový mrak? Ve všech třech případech jsme zvyklí bílá oblaka označovat slovem „pára“. Ve skutečnosti se ale nejedná o vodní páru, protože vodní pára není vidět, je průhledná. Na obrázcích se již jedná o útvar složený z malých kapiček vody, tedy o mlhu.
Mlha je tvořena malými kapičkami vody.
V zimě se při nízkých teplotách může voda změnit na led, který je ve skupenství pevném. Pro tělesa a látky v pevném skupenství vody používáme mnoho různých názvů.
Velikost kapiček vody v mlze je pouze několik setin milimetru. Je menší než tloušťka lidského vlasu. Dešťové kapky jsou mnohem větší než kapky vody v mlze. Obvykle mají velikost několik milimetrů. Dešťové kapky i kapky v mlze jsou kulaté.
Jmenuj některá tělesa a látky, které jsou tvořeny pevným skupenstvím vody. Využij při tom následující obrázky.
I v domácnostech se můžeme často setkat s námrazou. Nejčastěji vzniká na předmětech v mrazničce či v mrazicím boxu. Vzniká přeměnou vodní páry obsažené ve vzduchu. Námrazu můžeme pozorovat také na oknech s jednoduchým zasklením. Vytváří krásné obrazce, které nazýváme ledové květy.
Voda patří k několika látkám, jejichž pevné skupenství se může přímo měnit v plyn. Tento proces se nazývá sublimace. Přímá přeměna plynu v pevnou látku je desublimace.
19
TĚLESO A LÁTKA S pevným skupenstvím se setkáme i u srážek. V zimě nám sníh obvykle udělá radost. O kroupách v létě to říci nemůžeme.
S pevným skupenstvím vody jsou spojeny ještě dva jevy, které lidé často nerozlišují: náledí a ledovka. Obě slova popisují jevy, které přinášejí dopravní nehody. Liší se však svým vznikem. Náledí vzniká tak, že v noci zmrzne na silnicích voda, například z roztátého sněhu. Ledovka vzniká při dešti, který mrzne na prochlazeném zemském povrchu nebo na automobilu. Vytváří přitom velmi hladkou souvislou vrstvu.
Které sporty jsou spojeny s pevným skupenstvím vody?
Voda může existovat ve třech skupenstvích: v pevném, kapalném a plynném. Za běžných teplot jde o látku kapalnou. Voda v pevném skupenství je označována jako led, v plynném skupenství vodní pára. Vodní pára není vidět, je průhledná.
Otázky a úkoly ➊ Jak vzniká námraza na oknech? Na které straně okna vzniká? ➋ Ve kterých známých pohádkách či filmech se setkáš s vodou v pevném skupenství? ➌ J ak se jmenuje autor obrázků typické zimní české krajiny?
20
TĚLESO A LÁTKA
Atomy a molekuly Vašek se naučil, co je to těleso, co je látka a to, že látky mohou být v různých skupenstvích. Přemýšlel také, zda písek má skupenství kapalné, když v suchém stavu částečně přijímá tvar nádoby, nebo má skupenství pevné. Vzpomněl si přitom, jak byl s rodiči v létě u moře a jak si s kamarádem stavěl z písku hrad. „Hrad byl přece z písku, a i když se dal měnit jeho tvar, postavený hrad neměnil tvar samovolně, písek byl ve skupenství pevném. Když ale začala vysychat voda z písku, hrad se začal hroutit, měnil tvar samovolně,“ uvažoval Vašek. Suchý a mokrý písek jsou trochu odlišné látky. Suchý písek je směs drobných kamínků a vzduchu, mokrý písek je směs kamínků a vody. Už jsme se naučili, že některé látky jsou směsi dalších, jednodušších látek. Pokus se najít k písku, dřevu a žule ještě nějaké takové látky. Zkus naopak jmenovat látky, které jako směsi jiných látek nevypadají.
Až budete mít v přírodopisu příležitost, podívejte se, jak vypadá pod mikroskopem papír.
Možná, že jste mezi látkami, které nevypadají jako směsi jiných látek, jmenovali i papír. Podívejte se ale na obrázky, na kterých jsou fotografie papíru pod mikroskopem:
Jsou vůbec některé látky tak jednoduché, aby se při sebevětším zvětšení jevily stále stejně? Tuto otázku si pokládali přemýšliví lidé už od dávných dob. Před více než dvěma tisíci let se takoví myslitelé – říkalo se jim filozofové – rozdělili podle názoru do dvou skupin. Jedni říkali, že některé látky jsou tak jednoduché, že je možné je dělit na stále menší a menší kousíčky a pořád bude vzhled látky stejný. K takovým filozofům patřil například Aristoteles. Jiní filozofové (například Leukippos a Démokritos) tvrdili, že každá látka má při dostatečném zvětšení podobu písku: tvoří ji malá pevná tělíska, mezi kterými je prázdný prostor. Těmto malým tělískům začali říkat atomy.
Aristoteles (na obrázku), Leukippos a Démokritos žili ve starověkém Řecku kolem roku 400 př. n. l. Přestože se Aristoteles ohledně existence atomů mýlil, jeho rozsáhlé dílo je základem mnoha věd. Co znamená zkratka př. n. l. za letopočtem?
Před dvěma sty lety se podařilo dokázat, že pravdu měli ti filozofové, kteří tvrdili, že každou látku tvoří atomy. Tyto částečky látky pokládali vědci dlouho za nedělitelné. Z řeckého slova atomos = nedělitelný také pochází název atomů. Atomy mohou být u některých látek jakoby slepené: drží pevně u sebe a trochu se podobají mokrému písku. Tak vypadají látky ve skupenství pevném. Látky ve skupenství kapalném mají atomy, které jsou stále stejně daleko od sebe, ale mohou po sobě klouzat. Taková látka se podobá suchému písku.
21
Fotografie z moderního mikroskopu ukazuje pravidelné rozložení atomů v pevné látce.
TĚLESO A LÁTKA Látky ve skupenství plynném pak mají atomy, které se mohou od sebe vzdalovat (i přibližovat). To je také důvod, proč plynné látky snadno mění svůj objem.
Před více než sto lety dokázali vědci, že i atomy se mohou dělit. Atomy některých látek se dokonce dělí samovolně. Dnes umíme atomy dělit i uměle. Ve velkém množství se tak děje například v jaderných reaktorech atomových elektráren.
Atomy různých látek jsou různé. Látka, jejíž atomy jsou všechny stejné, se jmenuje prvek. Dnešní fyzika zná 118 různých prvků. Prvkem je například železo, měď, zlato, kyslík, dusík, vodík nebo uhlík. Jmenuj tělesa obsahující uvedené prvky. Znáš ještě nějaké jiné prvky? Zkoumáním vlastností jednotlivých prvků se zabývá chemie, se kterou se seznámíte později. Chemici jednotlivým prvkům přiřadili značky, které jsou nejčastěji jednopísmenné či dvojpísmenné. Značky nejběžnějších prvků jsou uvedeny v tabulce. Některé atomy se snadno a velmi pevně spojují do skupin dvou, tří nebo více atomů. Takové skupině potom říkáme molekula. Molekula kyslíku je například složená ze dvou atomů kyslíku, značíme ji O2. Vodu (H2O) tvoří molekuly, které jsou složeny ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku.
prvek
značka
vodík
H
kyslík
O
uhlík
C
dusík
N
železo
Fe
zlato
Au
V zeměpisu jste se učili o složení atmosféry naší planety. Ze kterých prvků je atmosféra složena? Čím se liší molekula oxidu uhličitého (CO2 ) od molekuly oxidu uhelnatého (CO)?
Z uhlíku je diamant, tvoří však i převážnou část sazí a tuhy v obyčejné tužce. Model molekuly vody (H2 O)
Snubní prstýnky ze zlata
Některé molekuly, hlavně molekuly látek tvořících živé organismy, jsou velmi složité.
Tuha
Všechny látky jsou složené z atomů. Látka tvořená atomy jednoho druhu se nazývá prvek. Atomy se mohou spojovat do větších celků, kterým říkáme molekuly.
Látky, které jsou složeny z molekul tvořených atomy různých prvků, se nazývají sloučeniny.
Otázky a úkoly ➊ N ěkteré prvky mají názvy cizojazyčné i české. Víš, jak se česky označuje aluminium? ➋ S využitím tabulky značek prvků urči, z kolika a jakých atomů se skládá molekula glukózy (hroznového cukru) C6H12O6.
Model molekuly glukózy
22
Molekuly ozónu v atmosféře Země nás chrání před ultrafialovým zářením. Obsahují tři atomy kyslíku. Jaká je značka této molekuly?
TĚLESO A LÁTKA
Vlastnosti atomů a molekul Podívejte se na krystalový cukr, písek, sůl a krupici. Zcela jasně vidíte, že tyto látky jsou tvořeny jednotlivými malými zrnky. Podíváte-li se ale na hladkou mouku a práškový cukr nebo na cement, jednotlivé kousíčky prostým okem neuvidíte. Při pohledu silnou lupou nebo mikroskopem však zjistíte, že i tyto látky jsou tvořeny velmi malými částečkami. Atomy a molekuly jsou však ještě stotisíckrát menší než částečky hladké mouky. Jsou tak malé, že si to dovedeme jen těžko představit. Kdybychom například zvětšili atom do velikosti hrací kuličky a mravence zvětšili také tolikrát, byl by takový mravenec větší než Česká republika.
Česká republika
Představme si, že máme spočítat všechny atomy v jednom zrnku hladké mouky. I kdyby počítali všichni lidé, kteří žijí v České republice, a každý by spočítal 100 atomů za minutu, trvalo by jim počítání několik let.
v.n. Nové Mlýny
Kdyby se všichni lidé na celé zeměkouli zmenšili na velikost atomů a postavili do řady, dostali bychom řádku dlouhou necelý metr. Lidé z České republiky by pak tvořili pouhý milimetr z této délky. U pevných látek se často stává, že se atomy seskupují do pravidelných útvarů, které mohou dosáhnout viditelné velikosti. Můžeme pak pozorovat krystaly.
Vypěstuj si doma krystaly kuchyňské soli. Do sklenice s malým množstvím vody pomalu syp sůl tak dlouho, až se přestane rozpouštět. Pak dej sklenici na místo, kde se s ní nebude dlouho hýbat. Voda bude vysychat a na dně i stěnách nádoby se objeví krystaly soli. Čím pomaleji bude voda vysychat, tím větší krystaly získáš.
Pokud bychom zvětšili člověka stejně jako mravence na vedlejším obrázku, dva lidé stojící jeden na druhém by dosahovali až k Měsíci.
23
TĚLESO A LÁTKA Atomy a molekuly plynů se neustále pohybují a narážejí do sebe i na stěny nádoby, ve které je plyn uzavřen. I atomy a molekuly kapalin se pohybují, vzdálenosti mezi nimi však zůstávají stále stejné. U pevných látek atomy kmitají okolo stálých poloh. Jsou-li v tekutině (plyny a kapaliny) rozptýleny malé pevné částečky, například pyl, je pod mikroskopem vidět neustálý pohyb těchto částeček. Je to způsobeno nárazy molekul tekutiny. Tomuto neustálému pohybu částeček v tekutinách se říká Brownův pohyb.
Velikost atomu je přibližně rovna 0,000 000 1 mm (to je jedna desetimiliontina milimetru).
Ve třídě kápni na misku několik kapek parfému. I když se v místnosti vzduch nepohybuje, za chvíli je parfém cítit po celé třídě. Do sklenice s vodou opatrně přilij trochu ovocné šťávy. Šťáva zůstane na dně sklenice nerozpuštěná. Sklenici přikryj a nech ji v klidu. Za několik dní bude šťáva rozpuštěná. Atomy a molekuly plynů i kapalin se neustále pohybují. I když jsou na počátku dvě kapaliny nebo plyny oddělené, pohybem molekul se postupně promíchávají. Vzájemnému pronikání molekul jedné látky mezi molekuly látky druhé se říká difúze. Difúze probíhá nejen u plynů a kapalin, ale může nastat i při dotyku pevných látek.
Robert Brown [braun] (1773–1858), skotský botanik
Krystalickou strukturu mají i všechny kovy v pevném skupenství. Pevné látky, které nemají krystalickou strukturu, označujeme jako amorfní látky. Patří k nim například sklo a některé plasty.
Atomy jsou velmi malé. Atomy a molekuly se neustále pohybují. Projevy pohybu molekul jsou Brownův pohyb a difúze.
Otázky a úkoly ➊ Co se stane s molekulami nebo atomy kapaliny při vypařování? ➋ Většina kovů jsou prvky. Jaké další kovy kromě železa a mědi znáš? Zpracování skla za vysoké teploty
Který prvek má v lidském těle nejvíce atomů? Protože největší část člověka tvoří voda a molekula vody je tvořena dvěma atomy vodíku a jedním atomem kyslíku, je v našem těle nejvíce atomů vodíku.
24
