A fizika egy különleges tudomány. Megtanítja, miből épülnek fel a testek, hogyan vonzzák vagy taszítják egymást a fizikai mezők. Megmutatja az ember, a tárgyak és az élővilág közötti különleges, tudományos kapcsolatot. Ám, ahhoz, hogy ebben részletesen tudjunk elmerülni le kell fektetnünk az alapokat.
Miből épülnek fel az anyagok?
A vizet a fizikában cseppfolyós anyagnak mondjuk, de ha már egy pohár vizet iszol meg, testnek hívjuk. Hogy is van ez? Az összes halmazállapotú dolgot ( legyen az szilárd, cseppfolyós, vagy légnemű) anyagnak nevezzük, viszont minden anyag tovább bontható kisebb részecskékre.
Már több ezer évvel ezelőtt Démokritosz görög filozófus megsejtette, hogy a bennünket körülvevő anyag nagyon sok apró részecskéből épül fel. Elképzelése szerint ezek a részecskék tovább nem bonthatók, és különböző alakú testecskékhez hasonlítanak. Ezeket az oszthatatlannak hitt görög atomosz (oszthatatlan) kifejezés alapján atomoknak nevezte el. Az atomok a legkisebb kémiai részecskék, amelyek egymástól méretükben és tömegükben különböznek . Bár ezeket a részecskéket még mikroszkóppal sem láthatjuk, létezésükről könnyen megbizonyosodhatunk.
A következő kísérlet segít ebben.
- Vegyszeres kanálba tegyünk hipermangánt, és rakjuk bele egy vízzel telt üvegedénybe!
- A hipermangánból lila színű anyag távozik,amely idővel teljesen ellepi a vizet.
A hipermangánkristály részecskékre esik szét, amelyek elkeverednek a víz részecskéivel.
Most, hogy megtudtuk miből épülnek fel a testek,beszéljünk a mozgásukról és a változásaikról. Az anyag egyik legfontosabb tulajdonsága a kölcsönható-képesség.
Változás csak kölcsönhatás közben jöhet létre. Kölcsönhatás alkalmával a test megváltoztathatja a vele kapcsolatba került más test tulajdonságait, miközben a másik test hatására saját jellemzői is megváltozhatnak. Mivel az egyes kölcsönhatások alkalmával a testek különböző tulajdonságai változhatnak meg, ezért érdemes a jelenségeket, a kölcsönhatásokat abból a szempontból csoportosítani, hogy a tárgyak milyen jellemzői változnak meg leginkább.
Mechanikai és gravitációs kölcsönhatás
A tanári asztalra ejtett gyurmagolyó az ütközés hatására belapul, alakja megváltozik. Közben sebessége és ezzel együtt mozgásállapota is megváltozik, mert megáll. Ezt a változást az asztal és a gyurma kölcsönhatása okozta. Megváltozik azonban a gyurma mozgásállapota esés közben is. Ekkor a Föld és a gyurma közötti kölcsönhatás eredménye a mozgásállapot-változás.
Az olyan kölcsönhatásokat, amelyeknél a testek alakja vagy mozgásállapota – esetleg mindkettő – megváltozik, mechanikai kölcsönhatásoknak nevezzük. A deszkalap és a gyurmagolyó ütközése, kölcsönhatása mechanikai kölcsönhatás.
A mechanikai kölcsönhatások egyik jellegzetes típusa a gravitációs kölcsönhatás. A gyurmagolyó Föld felé történő gyorsulása a Föld és a gyurma gravitációs kölcsönhatásának következménye. Ugyancsak a gravitációs kölcsönhatás az oka annak, hogy a bolygók keringenek a Nap körül, a holdak és mesterséges holdak pedig a bolygók körül. A Föld és a Hold gravitációs kölcsönhatásának fontos következménye az árapály jelenség.
Termikus kölcsönhatás
Egymással érintkező különböző hőmérsékletű testeket magukra hagyva, azok hőmérséklete kiegyenlítődik. Ilyenkor termikus kölcsönhatásról beszélünk.
A kihűlő leves termikus kölcsönhatásba kerül a környezetével. Szintén termikus kölcsönhatásról beszélünk, ha a poharunkban lévő üdítőital a jégkocka hatására lehűl, miközben a jégkocka elolvad. Termikus kölcsönhatás jön létre a forró fűtőtest és a szoba levegője között is, amikor a szobába befűtünk.
Elektromos kölcsönhatás
Gyakran előfordul, hogy gumikerekű bevásárlókocsit tolva egy kis idő eltelte után enyhe áramütést érzünk, ha véletlenül a kocsi fémvázához érünk. Ebben az esetben elektromos kölcsönhatás lép fel a kezünk és a velünk kapcsolatba kerülő más testek között.
Mágneses kölcsönhatás
A leesett varrótűt mágnes segítségével akkor is megkereshetjük, ha nem látjuk, hogy hová esett. Az a tény, hogy a varrótűt a mágnes vonzza, a mágnes és a varrótű közötti mágneses kölcsönhatásnak köszönhető.
Halmazállapotok
Már tudjuk a testek felépítését, mozgását vagy változását. Szó esett az anyagok halmazállapotáról is. Erről most többet megtudhatunk.
Szilárd halmazállapotú
A szilárd, ún. kristályos anyagokban a részecskék szabályos rendben sorakoznak egy képzeletbeli térháló pontjain. Ezt a rendet a közöttük működő erős kölcsönhatások tartják fenn. A részecskék helyhez kötöttségük miatt csupán rezgőmozgást végeznek. A kristályos anyagok térfogata és alakja is állandó.
A részecskék elhelyezkedése a kristályos anyagokban
Folyékony halmazállapotú
A folyékony anyagok részecskéi közel vannak egymáshoz, és jelentős mértékben hatnak is egymásra. Az egymással érintkező részecskék miatt a folyadékok gyakorlatilag összenyomhatatlanok. A részecskék azonban elgördülhetnek egymáson, így felveszik a tartóedény alakját. A folyadékoknak tehát a térfogata állandó, alakjuk viszont nem.
A részecskék elhelyezkedése a folyadékokban
Gáz halmazállapotú
A gáz halmazállapotú anyagokban az apró részecskék egymástól viszonylag távol és állandó gyors mozgásban vannak. A részecskék nagy távolsága teszi lehetővé a gázok összenyomhatóságát, gyors mozgásuk miatt pedig teljesen kitöltik a rendelkezésükre álló teret. A gázoknak tehát sem a térfogata, sem az alakja nem állandó.
A részecskék elhelyezkedése a gázokban
Van egy negyedik halmazállapot is, amelyről ritkábban esik szó. Ezt plazmának hívjuk. A fizikában és a kémiában a plazma ionizált gázt jelent, illetve a negyedik halmazállapot a szilárd, a folyékony és a gáznemű mellett.
