ΦΥΣΙΚΗ · 2017. 7. 31. · ΦΥΣΙΚΗ Β’ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 6 periex updated_periex.qxd...

ΦΥΣΙΚΗΦΥΣΙΚΗΒ΄Β΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

periex updated_periex.qxd 14/2/2013 5:54 µµ

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ Νικόλαος Αντωνίου, Kαθηγητής Πανεπιστημίου ΑθηνώνΠαναγιώτης Δημητριάδης, Φυσικός, Εκπαιδευτικός Δευτεροβάθμιας

ΕκπαίδευσηςΚωνσταντίνος Καμπούρης, Φυσικός, Εκπαιδευτικός Δευτεροβάθμιας

ΕκπαίδευσηςΚωνσταντίνος Παπαμιχάλης, Φυσικός, Εκπαιδευτικός Δευτεροβάθμιας

ΕκπαίδευσηςΛαμπρινή Παπατσίμπα, Φυσικός, Εκπαιδευτικός Δευτεροβάθμιας

ΕκπαίδευσηςΚΡΙΤΕΣ-ΑΞΙΟΛΟΓΗΤΕΣ Αντώνιος Αντωνίου, Φυσικός, Εκπαιδευτικός Δευτεροβάθμιας

ΕκπαίδευσηςΚωνσταντίνος Στεφανίδης, Σχολικός ΣύμβουλοςΑικατερίνη Πομόνη-Μανατάκη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια

Πανεπιστημίου Πατρών (τμήμα Φυσικής)

ΕΙΚΟΝΟΓΡΑΦΗΣΗ Θεόφιλος Χατζητσομπάνης, Μηχανικός ΕΜΠ, Εκπαιδευτικός

ΦΙΛΟΛΟΓΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ Μαρία Αλιφεροπούλου, Φιλόλογος

ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Γεώργιος Κ. Παληός, Σύμβουλος του Παιδαγωγικού ΙνστιτούτουΚΑΙ ΤΟΥ ΥΠΟΕΡΓΟΥΚΑΤΑ ΤΗ ΣΥΓΓΡΑΦΗ

ΕΞΩΦΥΛΛΟ Ιωάννης Γουρζής, Ζωγράφος

ΠΡΟΕΚΤΥΠΩΤΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΦΟΙ Ν. ΠΑΠΠΑ & ΣΙΑ Α.Ε.Β.Ε., Ανώνυμος Εκδοτική & ΕκτυπωτικήΕταιρεία

Γ΄ Κ.Π.Σ./ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ/Ενέργεια 2.2.1/Κατηγορία Πράξεων 2.2.1.α:«Αναμόρφωση των προγραμμάτων σπουδών και συγγραφή νέων εκπαιδευτικών πακέτων»

ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟΔημήτριος Γ. ΒλάχοςΟμότιμος Καθηγητής του Α.Π.Θ.Πρόεδρος του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Πράξη με τίτλο: «Συγγραφή νέων βιβλίων και παραγωγήυποστηρικτικού εκπαιδευτικού υλικού με βάσητο ΔΕΠΠΣ και τα ΑΠΣ για το Γυμνάσιο»

Επιστημονικός Υπεύθυνος ΈργουΑντώνιος Σ. ΜπομπέτσηςΣύμβουλος του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναπληρωτές Επιστημονικοί Υπεύθυνοι ΈργουΓεώργιος Κ. ΠαληόςΣύμβουλος του Παιδαγωγικού ΙνστιτούτουΙγνάτιος Ε. ΧατζηευστρατίουΜόνιμος Πάρεδρος του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Έργο συγχρηματοδοτούμενο 75% από το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο και 25% από εθνικούς πόρους.


ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΘΛΗΤΙΣΜΟΥ

Νικόλαος Αντωνίου, Παναγιώτης Δημητριάδης, Κωνσταντίνος Καμπούρης,Κωνσταντίνος Παπαμιχάλης, Λαμπρινή Παπατσίμπα

ΑΝΑΔΟΧΟΣ ΣΥΓΓΡΑΦΗΣ:

ΦΥΣΙΚΗΦΥΣΙΚΗΒ΄Β΄ ΓυμνασίουΓυμνασίου

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ»


ΠεριεχόμεναΠεριεχόμενα

Πρόλογος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή

1.1. Οι φυσικές επιστήμες και η μεθοδολογία τους . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2. Η επιστημονική μέθοδος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3. Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

ΕΝΟΤΗΤΑ 1 ΜΗΧΑΝΙΚΗ

Κεφάλαιο 2. Κινήσεις

ΥΛΗ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1. Περιγραφή της κίνησης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2. Η έννοια της ταχύτητας . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.3. Κίνηση με σταθερή ταχύτητα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.4. Κίνηση με μεταβαλλόμενη ταχύτητα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Κεφάλαιο 3. Δυνάμεις

ΚΙΝΗΣΗ ΚΑΙ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ: ΔΥΟ ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ . . . . . . . . 43

3.1. Η έννοια «Δύναμη» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.2. Δύο σημαντικές δυνάμεις στον κόσμο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.3. Σύνθεση και ανάλυση δυνάμεων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.4. Δύναμη και ισορροπία . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.5. Ισορροπία υλικού σημείου . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.6. Δύναμη και μεταβολή της ταχύτητας . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.7. Δύναμη και αλληλεπίδραση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Κεφάλαιο 4. Πίεση

ΠΙΕΣΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΗ: ΔΥΟ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.1. Πίεση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.2. Υδροστατική πίεση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.3. Ατμοσφαιρική πίεση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.4. Μετάδοση των πιέσεων στα ρευστά – Αρχή του Πασκάλ. . . . . . . . . . . . 75

4.5. Άνωση – Αρχή του Αρχιμήδη . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.6. Πλεύση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Κεφάλαιο 5. Ενέργεια

ΕΝΕΡΓΕΙΑ: ΜΙΑ ΘΕΜΕΛΙΩΔΗΣ ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.1. Έργο και ενέργεια . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.2. Δυναμική–Κινητική ενέργεια. Δύο βασικές μορφές ενέργειας . . . . . . . . . . 93

5.3. Η μηχανική ενέργεια και η διατήρησή της . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

5


5.4. Μορφές και μετατροπές ενέργειας . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

5.5. Διατήρηση της ενέργειας . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

5.6. Πηγές ενέργειας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

5.7. Απόδοση μιας μηχανής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

5.8. Ισχύς . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

ΕΝΟΤΗΤΑΕΝΟΤΗΤΑ 2 2 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Κεφάλαιο 6. Θερμότητα

Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ Ο ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

6.1. Θερμόμετρα και μέτρηση θερμοκρασίας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2. Θερμότητα: Μια μορφή ενέργειας . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

6.3. Πώς μετράμε τη θερμότητα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6.4. Θερμοκρασία, θερμότητα και μικρόκοσμος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.5. Θερμική διαστολή και συστολή. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Κεφάλαιο 7. Αλλαγές κατάστασης

Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΠΡΟΚΑΛΕΙ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

7.1. Αλλαγές κατάστασης και θερμότητα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

7.2. Μικροσκοπική μελέτη των αλλαγών κατάστασης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

7.3. Εξάτμιση και συμπύκνωση. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Κεφάλαιο 8. Διάδοση θερμότητας

ΠΩΣ ΔΙΑΔΙΔΕΤΑΙ Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

8.1. Διάδοση θερμότητας με αγωγή. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

8.2. Διάδοση θερμότητας με ρεύματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

8.3. Διάδοση θερμότητας με ακτινοβολία . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

ΦΥΣΙΚΗ Β’ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

6


ΠρόλογοςΠρόλογος

Η διδασκαλία της Φυσικής στο Γυμνάσιο απευθύνεται σε σένα,τον αυριανό πολίτη αυτής της χώρας ανεξαρτήτως αν στη ζωήσου ακολουθήσεις δρόμους και ασχολίες που απαιτούν ειδικέςεπιστημονικές και τεχνικές γνώσεις. Είναι χρέος του σχολείουνα σε εφοδιάσει με τις βασικές γνώσεις που απαιτούνται γιανα εξοικειωθείς με τον κόσμο στον οποίο ζεις, είτε αυτός είναιο πολύπλοκος τεχνολογικός κόσμος του σύγχρονου τεχνικούπολιτισμού είτε είναι ο αξιοθαύμαστος κόσμος της φυσικήςπραγματικότητας, σε όλες τις κλίμακες οργάνωσης της ύλης,από τα γειτονικά μας φαινόμενα μέχρι την απεραντοσύνη τουολικού σύμπαντος.

Επίσης είναι αξιοσημείωτο ότι εσύ ο σημερινός μαθητής ήσημερινή μαθήτρια, ως αυριανός δημοκρατικός πολίτης θα κλη-θείς με διάφορους τρόπους να λάβεις μέρος στη λήψη απο-φάσεων για μεγάλα θέματα που σχετίζονται με την ποιότητατης ζωής σου, όπως είναι οι επιπτώσεις του φαινομένου τουθερμοκηπίου, της γενετικής τροποποίησης των τροφίμων, τηςχρήσης συμβατικών και νέων πηγών ενέργειας, περιλαμβανο-μένης και της πυρηνικής. Για να έχεις ως πολίτης σωστή στά-ση απέναντι σε όλα αυτά τα σημαντικά ζητήματα που αφορούνόλη την κοινωνία θα πρέπει απαραιτήτως να μπορείς να κατα-λαβαίνεις τη βασική διαδικασία με την οποία δημιουργείται,ελέγχεται και τροποποιείται η επιστημονική γνώση. Έτσι θα είσαισε θέση να κρίνεις μόνος σου την αξιοπιστία των πληροφορι-ών που δέχεσαι από το πολιτικό και κοινωνικό περιβάλλον σου.

Στον αιώνα μας η διδασκαλία της Φυσικής στο γυμνάσιο δενπρέπει να είναι, πλέον, η απαρχή συσσώρευσης ενός μεγάλουόγκου φαινομένων και φυσικών νόμων, συσκευασμένων προςαπομνημόνευση. Οι μαθητές δεν χρειάζεται να αποτελούν τρά-πεζα μεγάλου όγκου πληροφοριών αφού τον ρόλο αυτό τονέχει αναλάβει πλέον η σύγχρονη τεχνολογία. Αυτό που καλείταινα προσφέρει η διδασκαλία της Φυσικής στο γυμνάσιο είναι ημεταφορά στους μαθητές του θαυμαστού και δημιουργικού τρό-που με τον οποίο η επιστημονική σκέψη διεισδύει στον πυρή-να δύσκολων προβλημάτων που σχετίζονται με την κατανόησητης δομής και λειτουργίας του φυσικού κόσμου. Πώς είναιδυνατό, για παράδειγμα, από έναν μικρό αριθμό βασικών θεμε-λιωδών αρχών και εννοιών να μπορεί κάποιος να περιγράψειαλλά και να προβλέψει μια ευρύτατη κλάση φυσικών φαινομέ-νων.

Αυτή η αρχή της οικονομίας που ρυθμίζει τη Φυσική επι-στήμη οφείλει να καθοδηγεί και τη διδασκαλία της από ταπρώτα βήματα του σχολείου. Ως εκ τούτου οι μαθητές αναμέ-νουν τη συμμετοχή τους στον τρόπο αυτό προσέγγγισης, ο

7


οποίος οδηγεί σε μια καθολική ενότητα των φυσικών διεργα-σιών και όχι στον θρυμματισμό τους. Στη διαδικασία αυτής τηςμάθησης ο ρόλος του καθηγητή είναι αποφασιστικός.

Η συγγραφή του βιβλίου της Φυσικής της Β΄ Γυμνασίου πουέχεις μπροστά σου έχει καθοδηγηθεί από τους παραπάνω προ-βληματισμούς και τις αντίστοιχες επιλογές. Ειδικότερα για τηνανάδειξη της ενότητας των φυσικών φαινομένων και της οικο-νομίας που επικρατεί στη φύση έχουν υιοθετηθεί ως βασικέςπροτάσεις διδασκαλίας της φυσικής επιστήμης, έννοιες και αρχέςόπως:

– Η έννοια του φυσικού συστήματος

– Η αρχή διατήρησης της ενέργειας

– το πρότυπο της δομής της ύλης

– Η σχέση μικροσκοπικών και μακροσκοπικών φαινομένων

το βιβλίο της Φυσικής της Β΄ Γυμνασίου αποτελείται από:

α. μια σύντομη Εισαγωγή στην ιστορία της επιστήμης και τηνεπιστημονική μεθοδολογία, τα φυσικά μεγέθη και τις μονάδεςμέτρησής τους.

β. Δύο ενότητες, τη Μηχανική που αποτελείται από τα κε-φάλαια: Κίνηση, Δύναμη, Πίεση, Ενέργεια και τη Θερμότητα πουαποτελείται από τα κεφάλαια: Θερμότητα, Αλλαγές κατάστασης,Διάδοση της θερμότητας.

Ελπίζουμε μελετώντας αυτό το βιβλίο να ανακαλύψεις τηφυσική που υπάρχει σε ό,τι κάνεις ή βλέπεις, να αντιληφθείςτη μελέτη της φυσικής ως μια γοητευτική διαδικασία που σουανοίγει ένα νέο παράθυρο στον κόσμο που σε περιβάλλει καιτελικά να αγαπήσεις τη φυσική.

Στη διάρκεια της συγγραφής του βιβλίου είχαμε τη μεγάληχαρά να συζητήσουμε με τον κ. Παύλο Λυκούδη, πρώην κοσμή-τορα και ομότιμο καθηγητή της Σχολής Πυρηνικής Τεχνολογίαςτου Πανεπιστήμιου του Purdue των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερι-κής και να λάβουμε υπόψη μας τις παρατηρήσεις του, τα σχό-λια και τις προτάσεις του οι οποίες έχουν συμβάλλει στηβελτίωση της ποιότητας του βιβλίου. Επίσης στάθηκαν πολύτι-μες για μας οι προτάσεις του για ορισμένα διαθεματικά σχέ-δια εργασίας.

Οι συγγραφείς

ΦΥΣΙΚΗ Β’ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

8


9

ΚΕΦΑΛΑΙΟ� 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗΕΙΣΑΓΩΓΗ

Εικόνα 1.1.Γαλιλαίος: Φυσικός που έζησε στην Ιταλία (1564–1642) καιθεωρείται από τους θεμελιωτές της επιστημονικής μεθόδου.Με τον Γαλιλαίο αρχίζει μια νέα περίοδος για τις επιστή-μες που ονομάστηκε «επιστημονική επανάσταση».

1.1 Οι φυσικές επιστήμες και η μεθοδολογία τους

Όλα γύρω μας μεταβάλλονται: το χιόνι λιώνει, τα πετρώμα-τα διαβρώνονται, τα λουλούδια ανθίζουν, οι άνθρωποι ανα-πτύσσονται, τα αυτοκίνητα κινούνται. Μεταβολές όπως αυτέςονομάζονται φαινόμενα. Με την έρευνα και τη μελέτη των μετα-βολών που συμβαίνουν στη φύση ασχολούνται οι φυσικές επι-στήμες: Η φυσική, η χημεία, η βιολογία, η γεωλογία, η μετεω-ρολογία, περιλαμβάνονται στις φυσικές επιστήμες.

Οι φυσικές επιστήμες είναι αναπόσπαστο κομμάτι του αν-θρώπινου πολιτισμού και αναπτύσσονται μαζί με αυτόν. Στησύγχρονη εποχή οι άνθρωποι περιγράφουν τα φαινόμενα με μιακοινή γλώσσα, που έχουν διαμορφώσει με βάση τη λογική καιτην εμπειρία τους. Έτσι διαρκώς και σε μεγαλύτερο βαθμό, οιάνθρωποι κατανοούν τους μηχανισμούς λειτουργίας της φύσης,με αποτέλεσμα να μπορούν να προβλέπουν αλλά και ναελέγχουν τις μεταβολές της (φαινόμενα) ώστε να εξυπηρετούντις ανάγκες της ανθρώπινης κοινωνίας. Παράλληλα, οι μέθοδοιπου χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της φύσης, σε συνδυα-σμό με το σύνολο της γνώσης που συσσωρεύτηκε ανά τουςαιώνες επηρέασαν καθοριστικά τον τρόπο σκέψης στις σύγχρο-νες κοινωνίες.

Φυσική, μια θεμελιώδης επιστήμη

Γιατί είναι χρήσιμη η μελέτη της φυσικής;

Αν σχεδιάζεις να σπουδάσεις βιολογία, χημεία, αρχιτεκτονική,ιατρική, μουσική, ζωγραφική κ.ά. θα διαπιστώσεις ότι βασικέςαρχές της φυσικής θα σε βοηθήσουν να κατανοήσεις πολλάαπό τα θέματα των σπουδών σου.

Η μελέτη της φυσικής θα σε βοηθήσει για παράδειγμα νακαταλάβεις πώς λειτουργούν πολλές από τις συσκευές που χρη-σιμοποιείς στην καθημερινή σου ζωή, όπως ο φούρνος μικρο-κυμάτων, η τηλεόραση, το κινητό τηλέφωνο, το ηλεκτρικό ψυγείο,ο ηλεκτρονικός υπολογιστής κτλ.

Γνωρίζοντας βασικούς νόμους της φυσικής, διαμορφώνεις μιαολοκληρωμένη άποψη για πολλά από τα θέματα που απασχο-λούν τις σύγχρονες κοινωνίες, όπως τι είναι το φαινόμενο τουθερμοκηπίου, πώς δημιουργούνται οι σεισμοί και αν είναι δυνατόννα τους προβλέψουμε, τι είναι η τρύπα του όζοντος, η πυρη-νική ενέργεια και ποιες είναι οι ειρηνικές χρήσεις της. Οι νόμοιτης Φυσικής θα απαντήσουν στις απορίες πώς σχηματίζεται το

και ΙστορίαΦΦυυσσιικκήή

kef1 updated_kef1.qxd 14/2/2013 5:38 µµ

ουράνιο τόξο, γιατί βρέχει, πώς δημιουργούνται οι κεραυνοί καιοι αστραπές, γιατί τα αστέρια λάμπουν στον ουρανό ή πώς οιδορυφόροι κινούνται γύρω από τη γη (εικόνα 1.2).

Οι φυσικοί αναζητούν ομοιότητες μεταξύ των φαινομένων πουσυμβαίνουν στο σύμπαν, προσπαθούν να τα ερμηνεύσουν καιπραγματοποιούν πειράματα με τα οποία ελέγχουν αν οι προ-τεινόμενες ερμηνείες είναι σωστές. Στόχος τους είναι να ανα-καλύψουν τους βαθύτερους νόμους που κυβερνούν το φυσικόκόσμο και να τους διατυπώσουν με τη μεγαλύτερη δυνατήακρίβεια, σαφήνεια και απλότητα. Έτσι, προσπαθούν να περι-γράψουν όλα τα φυσικά φαινόμενα με ένα ενιαίο σύνολοεννοιών. Δυο τέτοιες βασικές έννοιες είναι η ενέργεια και ηαλληλεπίδραση, οι οποίες μαζί με την αντίληψη που έχουμεγια τη μικροσκοπική δομή της ύλης, μας βοηθούν στην πληρέ-στερη ερμηνεία των φαινομένων.

Η ενέργεια συνδέεται αναπόσπαστα με κάθε μεταβολή. Λέμεότι ένα σώμα έχει ενέργεια όταν μπορεί να προκαλέσει μετα-βολές. Η ενέργεια εμφανίζεται με διάφορες μορφές και δια-τηρείται στις φυσικές μεταβολές. Για παράδειγμα, όταν ο άνε-μος κινεί ένα ιστιοφόρο, μεταφέρεται ενέργεια από τον άνεμοστο ιστιοφόρο. Όση ποσότητα ενέργειας έχασε ο άνεμος ακρι-βώς τόση κέρδισε το ιστιοφόρο, έτσι ώστε η συνολική ενέρ-γεια του ανέμου και του ιστιοφόρου διατηρείται σταθερή.

Με τη βοήθεια των αισθήσεων αντιλαμβανόμαστε τα υλικάσώματα που υπάρχουν γύρω μας. Με τη βοήθεια της φυσικής«επεκτείναμε» τις αισθήσεις μας και διαπιστώσαμε ότι τα σώμα-τα αποτελούνται από ένα πλήθος μικροσκοπικών σωματιδίων.Πόσα διαφορετικά είδη τέτοιων σωματιδίων υπάρχουν; Ποιεςείναι οι ιδιότητές τους; Πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους; Ερω-τήματα σαν αυτά απασχολούσαν τους φιλόσοφους από τηναρχαιότητα. Σήμερα είναι από τα κύρια ερωτήματα στα οποίαοι ερευνητές φυσικοί προσπαθούν να δώσουν απαντήσεις (εικό-να 1.3). Γενικά, η φυσική είναι η επιστήμη που μελετά τις ιδι-ότητες σωμάτων μικρών, όπως τα άτομα και μεγάλων όπως οιγαλαξίες. Μελετά τον χώρο, τον χρόνο, την ύλη και την ενέρ-γεια καθώς και τον τρόπο που αυτά συσχετίζονται.

Η γλώσσα της φυσικής

Τα φαινόμενα που μελετά η φυσική μπορούν να περιγρα-φούν με τη χρήση κάποιων κοινών, βασικών εννοιών. Όπως γιαπαράδειγμα, ο «χώρος», ο «χρόνος», η «κίνηση» των σωμάτων,οι «αλληλεπιδράσεις» τους κτλ. Αυτές συνθέτουν το λεξιλόγιοτης γλώσσας της φυσικής. Οι σχέσεις που συνδέουν τις έννοι-ες της φυσικής εκφράζονται με τους νόμους της φυσικής. Οιέννοιες και οι νόμοι της φυσικής χρησιμοποιούνται και στιςάλλες φυσικές επιστήμες (εικόνα 1.2).

Η μεγάλη εξέλιξη της φυσικής ξεκίνησε τον 17ο αιώνα, μετην εισαγωγή του πειράματος στη μεθοδολογία της και τηδιατύπωση των νόμων της στη γλώσσα των μαθηματικών, δηλα-δή με τη χρήση εξισώσεων ή γραφικών παραστάσεων. Ταμαθηματικά και το πείραμα συνετέλεσαν στην τεράστια ανά-πτυξη της φυσικής.

10

Εικόνα 1.2.Οι έννοιες και οι νόμοι των φυσικών επιστημών είναι ταθεμέλια για την κατανόηση του φυσικού περιβάλλοντοςκαθώς και για την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων.

Εικόνα 1.3.Με τη φυσική θα ταξιδέψεις από το άτομο μέχρι τα άκρατου σύμπαντος.

ΦΥΣΙΚΗ Β΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ


Φυσικές επιστήμες και τεχνολογία

Οι φυσικές επιστήμες σχετίζονται με την τεχνολογία. Αν καιη τεχνολογία έχει μια αυτοδύναμη ανάπτυξη, αρκετές από τιςσημαντικότερες εφαρμογές της προέκυψαν από την εξέλιξη τωνφυσικών επιστημών. Πολλά επιτεύγματα που χαρακτηρίζουν τονσύγχρονο πολιτισμό, όπως οι ραδιοεπικοινωνίες, οι ηλεκτρονι-κές εφαρμογές (κατασκευή ηλεκτρονικών υπολογιστών κ.ά.), ηπυρηνική τεχνολογία, τα διαστημικά ταξίδια πραγματοποιήθη-καν χάρη στην ανάπτυξη της φυσικής και γενικότερα τωνφυσικών επιστημών (εικόνα 1.4).

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

11

3Εικόνα 1.4.Εφαρμογές της τεχνολογίας

Μπορείς να αναγνωρίσεις τα τεχνολογικά προϊόντα πουπαριστάνονται στη διπλανή εικόνα; Σε ποιους τομείς τηςανθρώπινης δραστηριότητας χρησιμοποιούνται; Ποιοι κλά-δοι των φυσικών επιστημών συμμετείχαν στην εξέλιξή τους;

Τα βήματα της επιστημονικής μεθόδου καιη ελεύθερη πτώση

’ Σχίσε ένα φύλλο χαρτί στη μέση.

’ Τσαλάκωσε το μισό έτσι ώστε να γίνειμια μικρή μπάλα.

’ Κράτησε στο ένα χέρι το μισό φύλλοχαρτί και στο άλλο την μπαλίτσα.

’ Άφησέ τα συγχρόνως ελεύθερα από τοίδιο ύψος.

’ Τι παρατηρείς και πώς το εξηγείς;

’ Πρόβλεψε τι θα συμβεί, αν αφήσεις ναπέσουν ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος ένακαι τρία κέρματα συνδεδεμένα μαζί.

’ Επαλήθευσε την πρόβλεψή σου.

1.2 Η επιστημονική μέθοδος

Οι φυσικοί παρατηρούν προσεκτικά ό,τι συμβαίνει γύρω τουςκαι ταξινομούν τις παρατηρήσεις τους, αναζητώντας ομοιότη-τες μεταξύ των φαινομένων. Δεν περιορίζονται όμως σ’ αυτό:εκφράζουν τις παρατηρήσεις τους με τη βοήθεια μετρήσιμωνποσοτήτων. Αναζητούν συσχετίσεις μεταξύ των ποσοτήτων τιςοποίες προσπαθούν να εκφράσουν με τη βοήθεια των μαθη-ματικών. Στη συνέχεια διατυπώνουν υποθέσεις για να ερ-μηνεύσουν τις παραπάνω συσχετίσεις. Με τη βοήθεια του πει-ράματος διαψεύδουν ή επαληθεύουν τις υποθέσεις. Δηλαδή οιφυσικοί, στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν τον φυσικόκόσμο, εργάζονται με μια συγκεκριμένη μεθοδολογία που πε-ριλαμβάνει τα παραπάνω βήματα. Η μεθοδολογία αυτή ονομά-ζεται επιστημονική μέθοδος.

Η επιστημονική μέθοδος δεν είναι δημιούργημα ενός αν-θρώπου, αλλά αναπτύχθηκε από πολλούς ερευνητές κατά τη

ΔραστηριότηταΔραστηριότητα

ΦΦ

υυ σσ ιι κκ ήήκαι Τεχνολογία


διάρκεια πολλών αιώνων. Ο Γαλιλαίος, φυσικός που έζησε στηνΙταλία από το 1564 έως το 1642 θεωρείται πατέρας της επι-στημονικής μεθόδου κυρίως εξαιτίας της μεθόδου που εφάρ-μοσε για τη μελέτη της πτώσης των σωμάτων:

Ο μεγάλος Έλληνας φιλόσοφος Αριστο-τέλης κάνοντας προσεκτικές παρατηρήσειςτου τρόπου πτώσης των σωμάτωνισχυρίστηκε ότι τα βαρύτερα σώματα πέ-φτουν πιο γρήγορα.

Ο Γαλιλαίος αλλά και πολλοί άλλοι πριναπό αυτόν προσπάθησαν να επιβεβαιώσουνή να διαψεύσουν τον ισχυρισμό του Αρι-στοτέλη. Σύμφωνα με την παράδοση οΓαλιλαίος άφησε να πέσουν από τον κε-κλιμένο πύργο της Πίζας σφαίρες διαφο-ρετικού βάρους. Οι μαθητές του παρα-τήρησαν ότι οι σφαίρες έφθαναν στο έδα-φος σχεδόν ταυτόχρονα (εικόνα 1.5). Αυτότο αποτέλεσμα διέψευσε την άποψη τουΑριστοτέλη για την πτώση των σωμάτων.

Τότε ο Γαλιλαίος εφάρμοσε για πρώτηφορά την επιστημονική μέθοδο. Θεώρησετην άποψη του Αριστοτέλη ως υπόθεση,την αλήθεια της οποίας έπρεπε να ελέγ-ξει. Με ποιον τρόπο; Αναπαράγοντας τοφαινόμενο της πτώσης κάτω από ελεγχό-μενες συνθήκες, δηλαδή με πείραμα. Απότο ίδιο ύψος άφηνε διαφορετικά σώματακαι μετρούσε τον χρόνο που διαρκούσε ηπτώση τους. Τα αποτελέσματα διέψευσαντην άποψη του Αριστοτέλη.

Ο Γαλιλαίος για να ερμηνεύσει τα απο-τελέσματα του πειράματος υπέθεσε ότιόταν δεν υπάρχει αέρας, δηλαδή στο κενό,όλα τα σώματα φτάνουν ταυτόχρονα στοέδαφος, όταν αφεθούν από το ίδιο ύψος.Μάλιστα κατάφερε να διατυπώσει μιαμαθηματική σχέση μεταξύ του ύψους καιτου χρόνου πτώσης.

Αυτή την υπόθεση επιβεβαίωσε προσε-κτικά στο εργαστήριό του μετά από πολ-λές μετρήσεις. Έτσι, η μαθηματική σχέσηαπέκτησε την ισχύ φυσικού νόμου.

Μερικές δεκαετίες αργότερα η υπόθεσητου Γαλιλαίου εντάχθηκε στο πλαίσιο μιας καλά θεμελιωμένηςκαι γενικής θεωρίας: της θεωρίας του Νεύτωνα για την κίνησητων σωμάτων, γήινων και ουρανίων. Συγχρόνως επινοήθηκε τρό-πος αφαίρεσης του αέρα και επιβεβαιώθηκε πειραματικά ησύγχρονη πτώση των σωμάτων στο κενό (εικόνα 1.6). Με τοπέρασμα του χρόνου οι πειραματικές τεχνικές βελτιώθηκαν(εικόνα 1.7), όμως τα αποτελέσματα των πειραμάτων εξακολου-θούν να επιβεβαιώνουν την υπόθεση του Γαλιλαίου.


12

ΠαρατήρησηΤαξινόμηση

�Αρχική υπόθεση

Διάψευση τηςαρχικής υπόθεσης

Το επαναστατικόβήμα: το πείραμακαι η χρήση των

μαθηματικών

Ερμηνεία τουπειράματος:

διατύπωση νέαςυπόθεσης

ΕπαλήθευσηΦυσικός νόμος

Εικόνα 1.5.Δεν είναι βέβαιο ότι ο Γαλιλαίος πραγματοποίησε τα πει-ράματα για την πτώση των σωμάτων στον πύργο της Πίζας.Είναι όμως βέβαιο ότι άφηνε στο εργαστήριό του μικρέςμπαλίτσες, από διαφορετικά υλικά, να πέφτουν σε κεκλιμέ-νο επίπεδο και μετρούσε τον χρόνο πτώσης.

και ΙστορίαΦΦ

υυ σσ ιι κκ ήή



13

Τα σημαντικότερα στοιχεία της επιστημονικής μεθόδου είναι:η παρατήρηση, η υπόθεση και το πείραμα. Στο πείραμα ανα-γκαία είναι η μέτρηση μεγεθών για την επιβεβαίωση ή διά-ψευση της υπόθεσης. Αυτή η διαδικασία ολοκληρώνεται με τηγενίκευση της υπόθεσης και τη διαμόρφωση μιας θεωρίας. Στοπλαίσιο της θεωρίας εμφανίζονται νέες προβλέψεις που πρέ-πει να ελεγχθούν με την παρατήρηση και το πείραμα.

Η επιστημονική στάση

Οι επιστημονικές θεωρίες ελέγχονται και εξελίσσονται. Ότανδεν συμφωνούν με την παρατήρηση ή το πείραμα, τότε προ-σαρμόζονται ή αναθεωρούνται. Οι επιστήμονες αποδέχονται τααποτελέσματα των παρατηρήσεων και των πειραμάτων ακόμακαι αν τα επιθυμούσαν διαφορετικά. Δεν υιοθετούν την αυθε-ντία και τον δογματισμό.

Ο τρόπος που εργάζονται οι επιστήμονες δεν εμπεριέχει πά-ντοτε όλα τα βήματα της επιστημονικής μεθόδου και με τησυγκεκριμένη σειρά. Πολλές φορές οι επιστήμονες ακολουθούντη διαίσθηση, τη φαντασία και την έμπνευσή τους, νοητικέςλειτουργίες οι οποίες δεν υπακούουν πάντοτε σε κανόνες. Άλλεςφορές η τύχη παίζει σημαντικό ρόλο. Η φυσική όμως είναι πει-ραματική επιστήμη. Η διατύπωση μιας φυσικής θεωρίας είναιμια διαδικασία, που αρχίζει και τελειώνει με την παρατήρησηκαι το πείραμα (εικόνα 1.8).

Εικόνα 1.6.Τον 17ο αιώνα ο Ρόμπερτ Μπόυλ (Robert Boyle) κατά-φερε να αφαιρέσει τον αέρα από έναν σωλήνα καιπραγματοποίησε για πρώτη φορά το πείραμα πτώσηςστο κενό ενός φτερού και ενός νομίσματος. Το κορίτσιτης φωτογραφίας πραγματοποιεί ένα αντίστοιχο πεί-ραμα.

Εικόνα 1.7.Πτώση στο κενό. Στην εικόνα φαίνονται τα δια-δοχικά στιγμιότυπα της πτώσης σε θάλαμο κενούενός μήλου και ενός φτερού. Το πείραμα επαλη-θεύει την πρόβλεψη που έκανε ο Γαλιλαίος το 1638ότι στο κενό όλα τα σώματα πέφτουν ταυτόχρονα.

– Σκέψου σε ποιο ουράνιοσώμα που βρίσκεται κοντά στηγη μπορεί να πραγματοποιηθείτο πείραμα της πτώσης στοκενό.– Αναζήτησε από διάφορες βι-βλιογραφικές και ηλεκτρονικέςπηγές αν πραγματοποιήθηκετέτοιο πείραμα και κατάγραψετο χρονικό της υλοποίησής του.

Εικόνα 1.8.Ο έλεγχος για την ορθότητα των επιστημονικών θεωριών

δεν σταματά ποτέ.Ο Αϊνστάιν ενώ επισκέπτεται το αστεροσκοπείο του όρουςΓουίλσον (Wilson), όπου για πρώτη φορά το 1920 παρατηρήθηκεη απομάκρυνση των γαλαξιών μεταξύ τους, με πολύ μεγάλεςταχύτητες. Το γεγονός αυτό επαλήθευε μια πρόβλεψη της θεω-ρίας του Αϊνστάιν.





και ΔιάστημαΦΦ



Η μονάδα μήκους: το 1 mΓια να εξασφαλίσουμε ότι το 1 m θα αντιστοιχεί στο ίδιο μήκος για όλους τους αν-

θρώπους, κατασκευάσαμε ως πρότυπο μια ράβδο από ιριδιούχο λευκόχρυσο και χαρά-ξαμε πάνω σε αυτή δυο εγκοπές. Την απόσταση μεταξύ των δυο εγκοπών την ονομά-σαμε 1 μέτρο. Αυτό το πρότυπο μέτροφυλάσσεται στο Μουσείο Μέτρων καιΣταθμών που βρίσκεται στις Σέβρες,κοντά στο Παρίσι.


14

Εικόνα 1.9.Μονάδες μήκους

Για πάρα πολλούς αιώνες χρησιμοποιήθηκαν ως μονάδες μέτρη-σης του μήκους αποστάσεις που είχαν σχέση με το ανθρώπινοσώμα. Για παράδειγμα, ως μια ίντσα ορίσθηκε το πλάτος τουαντίχειρα ενός άνδρα. Με την ανάπτυξη της επιστήμης, η οποίααπαιτούσε μετρήσεις με μεγάλη ακρίβεια, αναδείχθηκε η ανα-γκαιότητα ακριβέστερου ορισμού της μονάδας μήκους. Αρχικάτο ένα μέτρο ορίστηκε έτσι ώστε η απόσταση από τον Β.πόλο μέχρι τον Ισημερινό να προκύπτει ίση με 10.000 km. Το1 m ορίστηκε με ακρίβεια το 1983 ως το μήκος που διανύειτο φως στο κενό σε χρόνο 1/299792458 δευτερόλεπτα.

– Αναζήτησε πληροφορίες και κατάγραψε τιςμονάδες μέτρησης του μήκους από τουςαρχαίους Ανατολικούς λαούς μέχρι και τον18ο αιώνα.

Μπορείς να σκεφτείς κάποια μειονεκτήματα τηςχρήσης της απόστασης των δυο χαραγών ως μονά-δας μέτρησης του μήκους από όλες τις χώρες;

1.3 Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους

Ιδιαίτερη σημασία για την έρευνα της φύσης έχουν τα φυσι-κά μεγέθη και οι μετρήσεις. Μέγεθος είναι κάθε ποσότητα πουμπορεί να μετρηθεί. Με τον όρο μέτρηση ονομάζουμε τη δια-δικασία σύγκρισης ομοειδών μεγεθών. Για να μελετήσουμε έναφαινόμενο, είναι ανάγκη να μετρήσουμε τα μεγέθη που χρησι-μοποιούμε για την περιγραφή του. Για παράδειγμα, προκειμέ-νου να μελετήσουμε την πτώση των σωμάτων, είναι απαραίτητονα μετρήσουμε τον χρόνο της κίνησης και το μήκος της δια-δρομής που διανύουν τα σώματα καθώς πέφτουν. Τα μεγέθηπου χρησιμοποιούμε για την περιγραφή ενός φυσικού φαινο-μένου λέγονται φυσικά μεγέθη. Το μήκος, το εμβαδόν, ο όγκος,ο χρόνος, η ταχύτητα, η μάζα, η πυκνότητα, είναι φυσικά μεγέθη.

Για να μετρήσουμε ένα φυσικό μέγεθος, το συγκρίνουμε μεάλλο ομοειδές, το οποίο ονομάζουμε μονάδα μέτρησης. Για ναμετρήσουμε το μήκος ενός σώματος, το συγκρίνουμε με ορι-σμένο μήκος, το οποίο έπειτα από συμφωνία, θεωρούμε ωςμονάδα μέτρησης, όπως για παράδειγμα είναι το 1 m (εικόνα1.9). Η διαδικασία της μέτρησης μπορεί να είναι εύκολη, όπωςόταν μετράς το μήκος του θρανίου, ή περίπλοκη, όπως η μέτρη-ση της απόστασης των πλανητών από τον ήλιο.

Τα θεμελιώδη μεγέθη: Το μήκος, ο χρόνος και η μάζα

Μερικά φυσικά μεγέθη προκύπτουν άμεσα από τη διαίσθησήμας. Δεν ορίζονται με τη βοήθεια άλλων μεγεθών. Αυτά ταφυσικά μεγέθη ονομάζονται θεμελιώδη. Τέτοια φυσικά μεγέθηείναι το μήκος, ο χρόνος και η μάζα. Οι μονάδες μέτρησηςτων θεμελιωδών μεγεθών ορίζονται συμβατικά και ονομάζονταιθεμελιώδεις μονάδες. Το μέτρο (m), το δευτερόλεπτο (s) καιτο χιλιόγραμμο (kg) είναι θεμελιώδεις μονάδες στη Μηχανική.

Μέτρηση μήκους

Η θεμελιώδης μονάδα μέτρησης του μήκους είναι το μέτρο(meter) (εικόνα 1.9). Το όνομά του προέρχεται από την ελληνικήλέξη μετρώ και παριστάνεται με το γράμμα m. Για τη μέτρησημηκών μικρότερων του ενός μέτρου, χρησιμοποιούμε τα υποπολ-λαπλάσιά του: το εκατοστό (cm), το χιλιοστό (mm) κ.ά. Για τημέτρηση μηκών πολύ μεγαλύτερων από το 1 m χρησιμοποιούμετα πολλαπλάσια του μέτρου, όπως το ένα χιλιόμετρο (km) κ.ά.(εικόνα 1.10). Το υποδεκάμετρο, το πτυσσόμενο μέτρο, η μετρο-ταινία κ.ά. είναι τα συνηθισμένα όργανα μέτρησης του μήκους.






Μέτρηση του χρόνου

Για τη μέτρηση του χρόνου χρησιμοποιούμε φαινόμενα ταοποία επαναλαμβάνονται με ίδιο τρόπο σε ίσα χρονικά δια-στήματα (περιοδικά φαινόμενα). Τέτοια φαινόμενα είναι η δια-δοχή της ημέρας με τη νύχτα (ημερονύκτιο), οι φάσεις τηςσελήνης, οι κτύποι της καρδιάς ενός ανθρώπου, η κίνηση τουεκκρεμούς, η μεταβολή της ενέργειας ορισμένων ατόμων. Ηθεμελιώδης μονάδα μέτρησης του χρόνου είναι το δευτερόλε-πτο (second ή σύντομα s). Ορίζουμε το δευτερόλεπτο έτσι ώστετο ημερόνυκτο να διαρκεί 86.400 s. Τα όργανα μέτρησης τουχρόνου ονομάζονται χρονόμετρα.

Μάζα και μέτρησή της

Με τι συνδέεται η μάζα ενός σώματος; Ένας οδηγός φορ-τηγού γνωρίζει από την εμπειρία του ότι το φορτωμένο φορ-τηγό σταματά πολύ πιο δύσκολα από το άδειο. Είναι πιο δύσκο-λο να σπρώξεις ένα γεμάτο κιβώτιο σε μια πίστα από πάγο,ώστε να κινηθεί, παρά ένα άδειο. Λέμε ότι το φορτωμένο φορ-τηγό έχει μεγαλύτερη μάζα από το άδειο και το γεμάτο κιβώτιοαπό το άδειο. Η εμπειρία μας δείχνει ότι όσο πιο δύσκολα ένασώμα αρχίζει να κινείται ή σταματά, τόσο μεγαλύτερη είναι ημάζα του. Η μάζα φαίνεται να συνδέεται με την κίνηση. Ημάζα συνδέεται, επίσης, με την «ποσότητα της ύλης» που πε-ριέχεται σε ένα σώμα. Πράγματι, όσο περισσότερη ύλη περι-έχεται σε κάποιο σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του.


15

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1.

ΚΛΙΜΑΚΑ ΤΩΝ ΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΩΝ σε s

Ηλικία Σύμπαντος 4,0.1017

Ηλικία γης 1,3.1017

Μέση διάρκεια της ζωής του ανθρώπου 2,0.109

Περιφορά της γης γύρω από τον ήλιο 3,1.107

Περιφορά της γης γύρω από τον άξονά της 8,6.104

Περιστροφή του μορίου 2,0.10-23

Εικόνα 1.10.Η κλίμακα των μηκών στον κόσμο μας και όργανα με τα οποία τον αντιλαμβανόμαστε.

1 ημερονύκτιο = 24 ώρες (h)

1 ώρα (h) = 60 λεπτά (min)

1 λεπτό (min) = 60 δευτερόλεπτα (s)

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2.

ΚΛΙΜΑΚΑ ΜΑΖΩΝ σε Κg

Σύμπαν 1052

Γαλαξίας 7.1041

Ήλιος 2.1030

Γη 6.1024

Άνθρωπος 7.101

Βάτραχος 1.10-1

Κουνούπι 1.10-5

Βακτήριο 1.10-15

Μόριο υδρογόνου 4.10-27


Θεμελιώδης μονάδα μάζας είναι το χιλιόγραμμο (1 kg) (εικό-να 1.11). Υποπολλαπλάσιο του 1 kg είναι το 1 g (γραμμάριο), (1kg = 1.000 g). Όργανα μέτρησης της μάζας είναι οι ζυγοί (ζυγα-ριές). Υπάρχουν διάφοροι τύποι ζυγών (εικόνα 1.12).

Παράγωγα μεγέθη

Τα μεγέθη που ορίζονται με απλές μαθηματικές σχέσεις απότα θεμελιώδη ονομάζονται παράγωγα. Οι μονάδες τους μπο-ρούν να εκφραστούν, με τις ίδιες απλές μαθηματικές σχέσεις,μέσω των μονάδων των θεμελιωδών μεγεθών και ονομάζονταιπαράγωγες μονάδες. Για παράδειγμα, το εμβαδόν, ο όγκος, ηπυκνότητα, η ταχύτητα κτλ, είναι παράγωγα μεγέθη.

Μέτρηση εμβαδού

Μονάδα μέτρησης εμβαδού (συμβολικά Α) είναι το εμβαδόντης επιφάνειας ενός τετραγώνου με πλευρά 1 m. Η μονάδαμέτρησης του εμβαδού προκύπτει από τον ορισμό του.

Εμβαδόν τετραγώνου = μήκος πλευράς x μήκος πλευράς.

Αν τα μήκη των πλευρών μετρώνται σε m,

τότε: μονάδα εμβαδού = 1 m . 1 m = 1 m2.

Αυτή τη μονάδα την ονομάζουμε τετραγωνικό μέτρο (m2). Βλέ-πουμε ότι η μονάδα μέτρησης του εμβαδού εκφράζεται μέσωτης θεμελιώδους μονάδας του μήκους.

Μέτρηση όγκου

Μονάδα μέτρησης όγκου είναι ο όγκος κύβου ακμής 1 m. Ημονάδα μέτρησής του προκύπτει από τον ορισμό του.

Όγκος κύβου = μήκος ακμής x μήκος ακμής x μήκος ακμής.Αν τα μήκη των πλευρών μετρώνται σε m,

τότε: μονάδα όγκου = (1 m) . (1 m) . (1 m) = 1 m3.

Αυτή τη μονάδα την ονομάζουμε κυβικό μέτρο (m3). Βλέπου-με ότι η μονάδα μέτρησης του όγκου εκφράζεται μέσω τηςθεμελιώδους μονάδας του μήκους.

Μέτρηση της πυκνότητας

Ποιο είναι πιο βαρύ, ο σίδηρος ή το ξύλο; Πολλοί άνθρωποινομίζουν ότι ο σίδηρος είναι βαρύτερος από το ξύλο, παρόλοπου ένα καρφί είναι ελαφρύτερο από μία σανίδα. Για να απα-ντήσουμε σε αυτή την ερώτηση, ζυγίζουμε ένα κομμάτι απόσίδηρο και ένα κομμάτι από ξύλο, που έχουν τον ίδιο όγκο.Για παράδειγμα, 1 cm3 σιδήρου έχει μάζα 7,8 g, ενώ 1 cm3 ξύλουέχει μάζα 0,7 g. Λέμε ότι η πυκνότητα του σιδήρου είναι 7,8g ανά κυβικό εκατοστόμετρο, ενώ του ξύλου 0,7 g ανά κυβικόεκατοστόμετρο. Ο σίδηρος έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τοξύλο.

H πυκνότητα ενός υλικού ορίζεται ως το πηλίκο που έχειως αριθμητή τη μάζα σώματος από αυτό το υλικό και παρο-νομαστή τον όγκο του. Δηλαδή

πυκνότητα = μάζα , ή με σύμβολα ρ = mόγκο v


16

Εικόνα 1.11.Το πρότυπο χιλιόγραμμο

1 kg είναι η μάζα ενός κυλίνδρου από ιριδιούχο λευκόχρυ-σο που φυλάσσεται στο Μουσείο Μέτρων και Σταθμών πουβρίσκεται στις Σέβρες κοντά στο Παρίσι.

Εικόνα 1.12.(α) Ζυγαριά ακριβείας, ζυγός ισορροπίας. (β) Ηλεκτρονικόςζυγός Παρόμοιοι ζυγοί υπάρχουν στο εργαστήριο φυσικήςτου σχολείου σου.


ΦΥΣΙΚΗ · 2017. 7. 31. · ΦΥΣΙΚΗ Β’ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 6 periex updated_periex.qxd...

Documents

Transcript of ΦΥΣΙΚΗ · 2017. 7. 31. · ΦΥΣΙΚΗ Β’ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 6 periex updated_periex.qxd...