Spletna stran je še v pripravi

FOTOGRAFIJE UČIL TER OPISI NEKATERIH POSKUSOV IZ FIZIKE V  8. RAZREDU DEVETLETNE OSNOVNE ŠOLE

  Pričujoči opisi poskusov so nastali ob dolgoletnem sodelovanju s pokojnim prof. dr. Janezom FERBARJEM pri poučevanju didaktike fizike I v 3. letniku fizike z vezavami na oddelku za fiziko Pedagoške fakultete v Ljubljani. Leta 1976 je začel s temeljito prenovo fizike v takratnem 7. in 8. razredu osemletne osnovne šole. Napisal je učbenik, metodično - didaktično gradivo, naloge FIZIFI in podrobna navodila za poskuse iz posameznih poglavij fizike. Kasneje (leta 1994) je prevedel tako imenovani Karsrujski tečaj fizike in leta 1996 Energija in spremembe, ter vpletel posamezna poglavja tudi v svoja predavanja. Bil je tudi koordinator skupnega strukturnega evropskega projekta EDEN S_JEP-09578-95 za Slovenijo, ki ga je sofinancirala Evropska skupnost v okviru programa Tempus Phare.
  Sedaj sodelujem z izredno profesorico dr. Mojco ČEPIČ in njeno asistentko mag. Ano Gostinčar Blagotinšek. Vsi navedeni so soavtorji pričujočih poskusov. Učne pripomočke, ki so navedeni z VELIKIMI TISKANIMI ČRKAMI najdete v popisu učil pod zaporedno številko, ki je navedena v oklepaju. Lahko si jih tudi sposodite pod določenimi pogoji. Fotografijo lahko povečate tako, da kliknete nanjo (Hyperlink). Trenutno jih je 100.

  Pred to si je smiselno ogledati spletno stran Naravoslovje v 6. in 7. razredu, za njo pa fizika za 9. razred.

  ®  Spletne strani so namenjene le za vašo uporabo.

srebrnekanteinzlatajajca_m.jpg (2785 bytes)  

Za motivacijo pesmica pokojnega profesorja Ferbarja:

Golden eggs and silver cans

Shake it!
Listen to it!
Do not open it!
Guess what is in it!

Put it on the side of the valey!
Predict how will it mowe!
Try it!

Explain by forces!
Explain by energy!
Explain by energy and entropy!
Explain by free energy!

Find a colleague!
Let her repeat your experience!
Listen to her explanations!
Have a drink together!

Razvrščanje: a = b ali a # b (glej začetno naravoslovje)

Urejanje: če a # b je a < b ali a > b (glej začetno naravoslovje)

Prirejanje: y = f(x) (glej začetno naravoslovje)

Merjenje je prirejanje izbranih enot merjencu. Navadno začenjamo fiziko z merjenjem telesnih razsežnosti: dolžine (razdalje), površine (ploščine), prostornine (volumna), mase (teže),...itd (glej N & T za 4 & 5). Pri tem obravnavamo tudi natančnost merjenja (absolutna napaka je razlika med izmerjeno in pravo vrednostjo (povprečjem več meritev) in jo izražamo v enotah s katerimi merimo, relativna napaka pa nam pove kolikšen del prave vrednosti je absolutna napaka in jo navadno izražamo v stotinah (procentih)).

TehtnicaNaSlamco_m.jpg (3411 bytes)   Izdelava občutljive tehtnice iz slamice: Na približno 1/3 dolžine in 1/3 debeline slamico prebodemo z buciko ali šivanko in položimo med dve vžigalični škatlici. Na krajšem koncu jo uravnotežimo s plastelinom tako, da je daljši konec malo dvignjen in na njega previdno položimo npr. las. Na tretji vžigalični škatlici, ki jo postavimo pokonci ob daljšem koncu slamice, označimo za koliko se je spustil. Uteži izdelamo iz dvojne velike pole karo papirja po 5 mm, ki ga stehtamo in izračunamo koliko tehta en kvadratek. Na daljši konec tehtnice sedaj polagamo toliko izrezanih papirnatih kvadratkov po 1/4 cm2, da se povesi za toliko, kot prej z lasom.

Operacijsko opredeljevanje
Določanje mase škatlic z operacijo trka kroglice ob njo in premika škatlice. Po žlebu zakotalimo kroglico z enake višine v vsako od štirih škatlic, ki jih na osnovi premika lahko uredimo po masi. Poskus lahko ponovimo z različnimi kroglicami (glej zacetno naravoslovje)

Pojavi
štiri vzmeti različnih barv obtežimo s tremi znanimi in eno neznano utežjo.
V eni stekleni čaši imamo modro mrzlo vodo v drugi pa toplo rdeče obarvano vodo.
Pri mešanju se prostornina sešteva, barva se spremeni, zmesno temperaturo pa izmerimo.
(glej zacetno naravoslovje)

Tokovi (glej Naravoslovje v 6.&7. r.)

Gostota    Sila    Gibalna in vrtilna količina     Teža    Trenje in upor    Tlak     Hidrostatični tlak    Vzgon    Zračni tlak    Molekularna slika snovi    Delo     Temperatura in toplota    Toplotni stroji     Energija   

GOSTOTA (glej N&T za 4.&5.r.)

Ni dobro, če rečemo, da je gostota odvisna od mase. Potem bi pričakovali, da če je mase dvakrat več, je tudi gostota dvakrat večja. Gostota je razmerje med maso in prostornino, ali pa, gostota nam pove, koliko (kg) snovi je v prostorninski enoti (m3).

KVADRI IZ RAZLIČNIH SNOVI (1748-60)
KOCKE Z ROBOM 2 cm (28 - 34) iz različnih snovi (različno težke)
KVADRI ENAKIH PROSTORNIN (1738-44) 50 x 45 x 30 mm različnih gostot (različno težki)
ENAKO TEŽKI KVADRI (1746 in 1747) (1744 in 2288) različnih prostornin (gostot)

SILE
Glej N & T za 4 & 5
Pojem sile težje razložimo, saj jo ne moremo videti. Sila je vektorska količina, ki ima poleg velikosti še smer. Opredelimo jo z njenimi učinki, kot delovanje telesa iz okolice na opazovano telo. Sila je vzrok različnim spremembam, spremembi oblike telesa, spremembi hitrosti telesa, ali spremembi smeri gibanja. Spremembe lahko tudi občutimo. Sili sta enaki, če na istem telesu povzročita enako spremembo.

Sile, ki oddajajo delo in sile, ki ga ne.

RazbitLoncek_m.jpg (3147 bytes)   Cvetlični lonček pade na tla in se razbije.
  Sila katerega telesa razbije lonček? (sila tal
  Ali tla pri tem opravijo delo? (ne, ker se ne premikajo)

Pretakanje snovi (vode, zraka) kot posledica razlik tlakov. Glej Naravoslovje v 6. & 7. r.
Sila kot tok gibalne količine.
Gibalna količina je sorazmerna masi telesa.
Ponazarjenje pretakanja gibalne količine s pretakanjem vode.

trki_m.jpg (2457 bytes)   Prožni in neprožni trki vozičkov.

  Trk vozička z oviro na koncu pritrjenega tira - gibalna količina odteče v zemljo.
  Trk vozička ob oviro na premičnem tiru na valjih.
 Vlečenje dveh težjih (obteženih) klad z dinamometrom, med kladama še en dinamometer
UtezNaVrvicah_m.jpg (3855 bytes)   Vlečenje nitke pod utežjo, ki je obešena na nitki hitro in počasi. Utež naj ima 1 do 2 kg in sukanec (ali dvojni sukanec) naj komaj še drži utež. Če je utež pretežka, bomo spodnjo vrvico težko strgali, ker mora biti enaka zgornji, ki bi morala biti premočna. Pri uteži za manj kot 1 kg, pa bo sila za njen pospešek premajhna. Stojalo naj bo trdno, dovolj visoko (lahko gleda preko roba mize) in pod njim naj bo penasta guma.
Newtonscradle_m.jpg (3490 bytes)   Obešene jeklene kroglice - nihala, ki se dotikajo.
  Newtonova zibka.
  Selitev gibalne količine na kroglicah na žlebu
SklopNih_m.jpg (2540 bytes)   Pretok gibalne količine (energije) preko vrvice (ali vzmeti) z enega na drugo sklopljeno nihalo
  Metanje ploščkov za balinanje na voziček
  Če avtomobilček za navit ali na vztrajnik z vrtečimi se kolesi položimo na lahen karton na neekspandiranih stiropornih kroglicah v večjem padnju, se bo karton premaknil nazaj, avtomobilček pa se ne bo premaknil.
  Podoben poskus lahko naredimo z avtomobilčkom na daljinsko vodenje na aluminijasti progi na valjih. Ko ga vklopimo, kolesa poženejo gibljivo "ceso nazaj", podobno, kot če skočimo s čolna na obalo. Če je "cesta" lahka v primerjavi z avtomobilčkom, se bo bolj premaknila in obratno, če ima "cesta" večjo maso od avtomobilčka, se bo manj premaknila.

  Pretok gibalne količine preko magnetnega polja na daleč.
  Dva vozička - avtomobilčka z magnetoma se lahko odbijata -prožen trk ali privlačita - neprožen trk.

  Pretok gibalne količine preko vrvi - vlečenje vozička.
  Pretok gibalne količine preko palice ob dotiku - porivanju vozička.
  Z vrvico lahko voziček le vlečemo, s palico pa ga lahko potiskamo in vlečemo.

  Pretok gibalne količine preko motike in mivke v posodi na vozičku.
  Pretok gibalne količine preko zajemalke in vode v posodi na vozičku (film).
  Pretok gibalne količine preko vzmeti s katero potiskamo voziček.
  Pretok gibalne količine preko elastike s katero vlečemo voziček.
  Avtomobilček s propelerjem - ventilatorjem (film).
  Avtomobilček z balončkom - iztekanje zraka.

  Raketa na stisnjen zrak - iztekanje vode.
  Dolga vzmet, ki jo napnemo preko razreda in del napnemo.



Konopljena vrv, ki polzi med dlanmi
Vrv na enem koncu vleče učenec, ki stoji na tleh, učenca, ki stoji na vozičku in trdno drži vrv.
Vrv na enem koncu vleče učenec, ki stoji na tleh, učenca, ki stoji na vozičku in mu vrv polzi med prsti tako, da se ne premika.
Vrv na enem koncu vleče učenec, ki stoji na tleh, učenca, ki stoji na vozičku in mu vrv polzi med prsti tako, da se premika.
Dva vozička, na vsakem učenec, ki vleče vrv. Med vozičkoma velika stisnjena goba.
S stativnim materialom stisnjena vozička med katerima je goba.

Vrtilna količina
Vrtenje vrtavk, giroskopa.
Sklenjen krog vrtilne količine
Vrtalni stroj obešen na vrveh vključimo v prazno in v mivko.
Raglja na vrtalnem stroju prosta in zadržana s palico, pripeto na vrtalnem stroju.
Pritrjen in nepritrjen šilček in svinčnik

  Vrtljiv stol z utežmi.
 Prenos vrtilne količine z dolgim prožnim trakom
  Magnetna sklopka.
  Prenos vrtilne količine z magnetom.

proznitrkprivrtenju_m.jpg (3565 bytes)
  Podobno neprožnemu in prožnemu trku dveh vozičkov je neprožen in prožen stik dveh enakih kolesnih obročev. Na gornji fotografiji se bo ob trenju plošč vrtilna količina porazdelila na obe kolesi, ki se bosta na koncu vrteli s polovično hitrostjo prvega kolesa (film).

 

 


  Na drugi fotografiji pa se vrtilna količina preko vzmeti v celoti prenese na drugo kolo in se prvo ustavi (film).

deznik_m.jpg (3275 bytes)   Kotaljenje dežnika po podlagi, pri čemer se vidi, da napere (špice), ko se dotaknejo podlage mirujejo in zato ne opravljajo dela.

Merjenje sil (glej N&T za 4.&5.r.)
Uravnoteženje preko škripca
Z deformacijami (gobe), raztezkom dolge bakrene žice, vzmeti
Hookov zakon

Vzporedna in zaporedna vezava dveh vzmeti

VezaveVzm_m.jpg (2617 bytes)   Pri sestavljanju vzmeti, je skupni raztezek dveh zaporedno vezanih enakih vzmeti dvakrat večji kot raztezek ene same pri enaki sili. Če sestavimo dve enaki vzmeti vzporedno, bo skupni raztezek dvakrat manjši kot raztezek ene same vzmeti pri enaki sili.

Sestavljanje in razstavljanje sil

NasprSili_m.jpg (6434 bytes)
SestVzporSil_m.jpg (6112 bytes)
NevzpSili_m.jpg (6524 bytes)
sestavljanjesil_m.jpg (2390 bytes)
sestsil_m.jpg (3782 bytes)
sestavljsil_m.jpg (4039 bytes)
TezaValja_m.jpg (7230 bytes)
RazstTezeNaKlancu_m.jpg (6968 bytes)
  Dve vzporedni sili sestavimo tako, da npr. vlečeta vrv dva učenca (vseeno ali vzporedno ali zaporedno) v nasprotni smeri pa en sam tako, da uravnovesi sili sošolcev in si zapomni s kolikšno silo je vlekel. Potem naj en učenec nadomesti sili dveh tako, da bo učinek na prvega učenca enak.








  Na gladki tabli s tremi vakumskimi priseski in tremi dinamometri zataknjenimi za obroček, sestavljamo sile na podoben način. Velikost in smer sil lahko spreminjamo s prestavljanjem priseskov.



  Nevzporedne sile sestavimo lahko na EVP plošči prekriti s papirjem, po katerem rišemo sile, z lesenimi čepki in tremi raznobarvnimi enakimi gumicami spetimi z obročkom. Diagonala paralelograma dveh gumic je nasprotno enaka tretji gumici.



   S tremi utežmi obešenimi na vrvico, ki je speljana preko dveh škripcev. Pri tem je sila teže srednje uteži nasprotno enka rezultanti sil vrvic, ki sta napeti s silama tež krajnih uteži. Če so uteži v "Pitagorovem razmerju" npr. 3, 4 in 5, potem bo vmesni kot 90°

 



  Preko treh premičnih škripcev speljane tri vrvice s tremi utežmi. Spet lahko spreminjamo kot med smerjo vrvic in teže uteži. Pri tem mora biti obroček na katerega so privezane vrvice, ves čas na sredini.







  Razstavljenje sile teže na klancu na statično in dinamično komonento.

Teža

skok_m.jpg (4826 bytes)
met_m.jpg (5805 bytes)


PadPrelukPlas_m.jpg (3612 bytes)
ZogaNaVzmet_m.jpg (3352 bytes)
PadanjeKlad_m.jpg (4915 bytes)
  Težo lahko najbolje ponazorimo z njeno odsotnostjo, ker pod njenim vplivom živimo vse življenje.

  Če s silo približno 40 s dvigujemo roke pa nam to preprečuje podboj ali utež ali sošolec, bomo po prenehanju nasprotne sile imeli občutek kot, da so roke brez teže.

  Če skočimo z mize med padanjem ne občutimo teže.

 

 

 

 

 

  Kaj se ugodi, če spustimo slinky PLASTIC MAGIC SPRING (1198)?

  V dvigalu, ki se začne hitro spuščati se nam bo zazdelo, da smo lažji, če pa se začne dvigovati, da smo težji, kar lahko tudi izmerimo z OSEBNO TEHTNICO (591) ali z UTEŽJO () obešeno na VZMETI (2279) (glej fzika v telovadnici).

  Baje so Einstaina vprašali, kako bi spravil utež pritrjeno na gumici v cev iz katere ravno še visi preko roba.

 

  Kaj se zgodi, če prerežemo vrvico na kateri sta obešeni dve OPEKI (1828), med njima pa je karton, ki ga gumica vleče v vodoravni smeri? (film)

 

  Kaj se zgodi, če spustimo preluknjano plastenko z vodo?

 

 

 


  V plastenko s širšim vratom, v dnu naredimo eno ali dve luknjici in pritrdimo lahno mehko vzmet ali gumico. Luknji zatesnimo s trajno elastičnim kitom ali zalijemo z lepilno termično pištolo. Na vzmet ali gumico pritrdimo stiroporno kroglico in nalijemo vode, tako, da kroglica ravo še plava (ali pa je potopljena). Kaj in zakaj se zgodi, če PLASTENKO () spustimo? Podobno bi odgovoril tudi astronavt v vesolju.

 

 


  Leseni kladi na deski  povežimo z mehko vzmetjo. Kladi razmaknemo da ravno še mirujeta (kadi in deska naj bosta čim manj gladki). Nato desko s kadama spustimo (in ujamemo).

Težišče

Navor

Trenje, lepenje in upor sredstva

Upor_m.jpg (3702 bytes)
DinamVzg_m.jpg (4302 bytes)
tokovn_m.jpg (3928 bytes)

  Voziček s kolesi, ki se jih da privijati, da se vedno teže vrtijo.



  Da je upor sredstva (zraka) odvisen od oblike telesa, lahko pokažemo s pisemsko tehtnico na katero navpično navzdol nanjo pihamo s sušilnikom za lase - fenom. Če je posoda obrnjena navzdol, bo tahtnica pokazala manjši upor kot, če je obrnjena navzgor.

 



  S posebno tehtnico, ki meri silo v vodoravni in v navpični smeri, lahko izmerimo silo "vodoravnega upora" in "dinamičnega vzgona" pri različno oblikovanih predmetih na katere pihamo z  zračnim "topom".

 



  Tokovnice, ki oblivajo različno oblikovane predmete, lahko pokažemo s pomočjo priprave na grafoskopu, v kateri z lopaticami krožno poganjamo vodo v katero smo kanili nekaj "bronze" - srebrne barve.

TLAK
(glej Naravoslovje za 6. in 7. r.)

triopeke_m.jpg (3109 bytes)
sestopek_m.jpg (2857 bytes)
tlakvmivki_m.jpg (3648 bytes)
 Pritisk sile na ploskev. Čim večja je sila, tem večji je tlak; čim večja je ploskev po kateri se porazdeli ta sila, tem manjši je tlak.

 p = F/S       p = F/S

 To lahko pokažemo z OPEKO (1570), ki jo polagamo na vse tri ploskve na zelo mehko, debelo penasto gumo. Pri trši penasti gumi se razlika pozna le, če polagamo več opek eno na drugo.

 


 Na fotografiji so PALIČICE KVADRATNIH PRESEKOV (2286) v stojalu v MIVKI (1833). Če na paličici z enakim presekom položimo različno težki UTEŽI (915) se bolj pogrezne tista s težjo utežjo, ker je pod njo večji tlak. Pri enaki obremenitvi pa se bolj pogrezne palica z manjšim presekom, ker je pod njo večji tlak. (Glej tudi "Bistrenje z naravoslovjem")

PRENAŠANJE TLAKA

tlak_m.jpg (3814 bytes)
PascalBuc_m.jpg (2364 bytes)tlakvteko_m.JPG (2487 bytes)
hidrostatstiskaln_m.jpg (3110 bytes)
 Po trdnih snoveh se tlak prenaša samo v smeri sile. Če udarimo s kladivom po žeblju, ki ga držimo ob strani, tam tlaka ne čutimo, pod konico žeblja pa je tako velik tlak, da žebelj prodre v les.


 Po tekočinah (kapljevinah in plinih) se tlak prenaša (razširja s hitrostjo zvoka v sredstvu) enakomerno v vseh smereh. To lahko pokažemo z odrezanima brizgama na kateri nataknemo mehko cev, najbolje na obeh koncih odrezan "prst" od rokavic iz lateksa, vmes pa izmenično palico, vodo in zrak. Če damo med dve odrezani brizgi palico, se bata, ki ju stiskamo, ne premakneta, če je med batoma zrak ali voda pa se cev napihne.


 Če napihujemo balon, se ta razširja enakomerno v vse smeri in ne samo v smeri pihanja. Tudi če stiskamo preluknjano polivinilno vrečko polno vode bo ta brizgala iz nje vedno pravokotno na mejno ploskev vrečke.

 Če stiskamo vodo v BRIZGI Z BUČKO Z LUKNJICAMI (542), bo skozi njih voda brizgala enakomerno v vseh smereh.

 Prepričljivejši je poskus z zaprto POSODO Z BATOM IN MANOMETRI (2012) na različnih stenah (zgoraj, ob strani in spodaj) ki vsi pokažejo enak tlak, saj se pri tem tekočina (kapljevina ali plin) ne premika.

 V tekočini se tlak razširja torej enakomerno v vseh smereh, na enako velike ploskve pritiska enako velika sila, na večje pa večja. To izkoriščajo različne hidravlične naprave kot so npr. hidravlična dvigala, stiskalnice,...Najšibkejša deklica v razredu lahko dvigne največjega fanta, če na veliko blazino damo večjo desko na katero stopi deček, deklica pa z malo zračno tlačilko z majhno silo deluje na majhno ploskev.

To lahko pokažemo tudi z dvema s cevko povezanima različno velikima plastičnima brizgama.

Tlak v mirujoči tekočini (hidrostatični tlak)

vezpos_m.JPG (2664 bytes)
hidrostehtn1_m.jpg (3030 bytes)
hidrostatehtn2_m.jpg (3346 bytes)
hidrostlak2_m.JPG (2454 bytes)
 Tlak zaradi teže tekočine je odvisen samo od globine in njene specifične teže (njene gostote), ne pa od teže tekočine (količine).

 V vseh krakih VEZNE POSODE (530) bo voda segala do iste vodoravne višine ne glede na to, koliko vode je v posameznem kraku (ne glede na obliko posode).

 


 Hidrostatični paradoks (da tlak ni odvisen od prostornine kapljevine), lahko pokažemo s HIDROSTATIČNO TEHTNICO (529), ki ima nastavek s prožno opno, ki je povezan s kazalcem. V vodotesen nastavek lahko vtaknemo različno oblikovane posode. Če bo voda segala enako visoko, bo kljub temu, da smo npr. v drugo - zgoraj širšo posodo nalili 4 x več vode kot v prvo - ožjo, kazalec pokazal enak tlak ob dnu posode, ker del teže vode prevzamejo stene posode.

 


 Ob natakanju vode bomo opazili, da se z višino vode tlak ob dnu veča.

 



 še bolje to pokažemo s PROŽNO OPNO NAPETO NA LIJAKU (541), ki je s cevko povezan z "U" MANOMETROM (1635). Globlje ko potopimo merilec, večji tlak bo pokazal manometer. Ob tem lahko pokažemo, da tlak ni odvisen od orientacije opne, saj jo lahko v isti globini obračamo, a bo manometer ob tem pokazal tudi isti tlak.

MANOMETER () nataknemo na vodovodno pipo in izmerimo tlak v vodovodni napeljavi. (Ljubljanski vodovod zagotavlja tlak 3 barov)

VZGON

O plavanju glej v začetnem naravoslovju

Plastične frnikule v vodi potonejo, če jo osolimo pa izplavajo
Različno goste kapljevine, ki se ne mešajo in telesa,  ki plavajo v posamezni kapljevini.

Za začetek naj učenci iz vode v večji posodi dvigujejo večji kamen, da občutijo razliko v teži kamna nad vodo in silo s katero ga dvigujejo v njej. Za prikaz sile vzgona je primerna VELIKA PLASTIČNA POSODA Z MIVKO (2139), ki jo obesimo na DINAMOMETER (1633) in potopimo v VEČJO STEKLENO POSODO (1727) z vodo. Če je prostornina posode z mivko več ko 1 l, bo tudi razlika, ki jo pokaže didamometer več kot 10 N in s tem dovolj opazna. S klasičnim ARHIMEDOVIM VEDRCEM (1762) pokažemo, da je sila vzgona enaka teži izpodrinjene tekočine. V posodo z vodo lahko damo kvašeno testo, ki se bo najprej potopilo, nato pa v topli vodi izplavalo. V dovolj globoki menzuri (pribl. 50 cm) se bo zaradi večjega hidrostatičnega taka ob dnu vrečka s paradižnigovo mezgo stisnila in ne bo izplavala, če pa jo damo v manjšo globino, pa bo izplavala. Kartezijski plavač naredimo iz večje prazne bombice za črnilo, ki ji na strani odprtine naredimo luknjico in skozi njo nataknemo nekaj sponk za papir tako, da bo ravno še plavala. Lahko ga izdelamo tudi iz slamice, ki jo lahko prepognemo in odrežmo enaka nekaj cm dolga konca, ki ju spnemo s sponko za papir na katero obsimo š vč drugih sponk, tako, da plavač še plava. Plavač damo v plastenko polno vode, ki jo lahko obarvamo in vodotesno zapremo z zamaškom. Če bomo plastenko stisnili, se bo v njej tlak povečal in s tem bomo stisnili mehurček zraka v plavaču. Ker sedaj plavač izpodriva manj vode, se bo potopil. Če plastenko spustimo, se bo tlak zmanjšal in zrak v plavaču se bo razširil in izpodrinil več vode in s tem se bo povečala sila vzgona in plavač se bo dvignil. Podoben poskus lahko naredimo v 2 l plastenki v katero stlačimo malo napihnjen balonček na katerega obešamo svinčene uteži, ki jih uporabljajo ribiči, toliko časa, da bo balonček ravno še plaval. Nato plastenko do konca napolnimo z vodo in jo tesno zapremo z zamaškom. Ko plastenko stisnemo, se bo stisnil tudi balonček in potonil. Pri tem bodo spremembo prostornine balončka zlahka opazili vsi učenci. V odprti 2 m visoki cevi iz PVC z vodo obrnemo epruveto obteženo z železno žico, ki jo ovijemo okoli epruvete. Če z magnetom premaknemo epruveto navzdol, bo pri določeni globini zaradi povečanega hidrostatičnega tlaka plavač potonil, če pa ga z magnetom dvignemo do približno enake globine, bo spet izplaval (glej film spodaj).
Z AREOMETROM (522) merimo gostoto kapljevin. Obstajajo specialni areometri za merjenje gostote mleka, ki so umerjeni v % mlečne maščobe, za merjenje stopnje sladkorja, alkohola, za merjenje koncentracije kisline v akumulatorju ipd (522 - 528). Areometer lahko naredimo iz zamašene male epruvete s primerno dolgo paličico, ki gleda iz zamaška, v katero damo toliko peska, da stabilno plava.Lahko pa ga izdelamo kar iz slamice na katero spodaj pritrdimo primeren košček plastelina. V gostejši tekočini (v vodi raztopljen sladkor ali sol) bo malo izplavala. Tudi testo z malo spretnosti naredimo, da lebdi v vodi. Običajno sveže jajce v vodi potone. Č ga potopimo v nasičeno slano razstopino, pa bo izplavalo. Če v posodo do polovice nalijemo slanico, nad njo pa previdno toplo vodo, bo na meji obeh jajce lebdelo. Če v slanico nalijemo olje, pa bo jajce v njem potonilo do slanice. V čašo natočimo pol vode in na njo pol olja. Tri primerno različno goste kroglice lahko najgostejša potone, druga lebdi na meji tekočin in najredkejša izplava. Podobno deluje "GALILEJEV" TERMOMETER s plavači, ki v vodi z višjo temperaturo in s tem manjšo gostoto, eden za drugim potonejo (najviše plava plavač s ploščico s številko najvišje temperature). Temperatura (vode) je med najvišjim potopljenim in najnižjim plavajočim plavačem. V razred prinesimo tudi s helijem polnjen balon in ga obtežimo toliko, da bo ravno še lebdel. Balon na topli zrak lahko naredimo tudi z najtanjšo (najlažjo) nakupovalno vrečko pod katero držimo približno pol metra pol minute prižgan vžigalnik ali svečo dokler nam ne "uide" pod strop. Na vrečko lahko tudi s tremi ali štirimi nitkami obesimo malo skodelico iz Alu folije z vato namočeno v gorljivo tekočino. Pri tem učence opozorimo na nevarnost požara. Glej N & T za 4 & 5. Tudi ARHIMEDOVA PISEMSKA TEHTNICA (388) deluje na osnovi vzgona.
Na osnovi vzgona plavajo tudi podmornice in baloni. Če zrak (ali vodo) segrevamo se razteza in je zato redkejši od hladnješega in se dviguje. Če topli zrak ujamemo v balon se bo ta dvigal.

vzgon1_m.jpg (2546 bytes)vzgon107_m.JPG (2581 bytes)vzgon_m.jpg (2761 bytes)areometr_m.jpg (2398 bytes)areomet_m.jpg (1734 bytes)Plovc_m.jpg (1981 bytes)VzgonTest_m.jpg (3240 bytes)IzplavTest_m.jpg (3553 bytes)PlavVDvehTek_m.jpg (2858 bytes)kroglicevtekocinah_m.jpg (3288 bytes)kartezij2_m.jpg (2390 bytes)kartezij1_m.jpg (2773 bytes)KartezPlav_m.jpg (2396 bytes)kartezij111_m.jpg (3714 bytes)galilejtermom_m.jpg (2265 bytes)ArhimPisTeht_m.jpg (3305 bytes)

Zračni tlak
(Glej Naravoslovje v 6 & 7)

zracnitlak_m.jpg (3712 bytes)   V aluminijasto pločevinko od čaja ali sadnega soka nalijemo malo vode in jo zavremo. Primimo jo s kleščami in jo hitro obrnimo v večjo posodo z mrzlo vodo. Vodna para (in vroč zrak) v pločevinki se bo shladila in skrčila in s tem se bo tlak znotraj zmanjšal, zunanji zračni tlak pa bo pločevinko stisnil.

Merjenje zračnega tlaka

Cev_m.jpg (5266 bytes)
Hidr_ZracTl_m.jpg (4645 bytes)
barometer2_m.jpg (2980 bytes)
barometer_m.jpg (2849 bytes)
VodniBaromet_m.jpg (4337 bytes)
VodnBaro_m.jpg (2412 bytes)
  Zrači tlak merimo z barometrom. Včasih so uporabljali živosrebrni barometer, v katerem je zunanjemu zračnemu tlaku držal ravnovesje hidrostatični tlak približno 3/4 m visokega stolpca Hg. Če želimo uravnovesiti zračni tlak s hidrostatičnim tlakom vodnega stolpca, mora biti le ta skoraj 10 m visok. V posodo natočimo nekaj l obarvane vode in vanjo potopimo 11 m dolgo prozorno plastično cev. Cev napolnimo z vodo tako, da izsesamo nekaj zraka z drugim koncem pod gladino vode v posodi in počakamo, da priteče v drugo posodo, ki je niže od prve. Pazimo, da v cevi ni mehurčkov zraka. Dobro je uporabiti vodo, ki je nekaj časa vrela. Cev zamašimo in se počasi vzpenjamo po stopnišču na katerem smo predhodno označili višino od gladine spodnje posode od 5 do 10 m po 1 m. Po 8 m previdno dvigujemo zamašeno cev, dokler ne opazimo, da je začela voda na vrhu vreti, kjer je tlak skoraj ničen in je nad gladino v cevi nastal prazen prostor - vakuum.
  Danes uporabljamo večinoma kovinske barometre. Zanimiv je Goethejev barometer ali vremenska steklenica. Če bi hoteli uravnovesiti zračni tlak z vodnim stolpcem, potem mora biti ta visok skoraj 10 m. V tem primeru pa je v zaprtem delu steklenice zrak, ki se s spremembo temperature tudi razteza in krči. Če želimo kolikor toliko zanesljive meritve sprememb zračnega tlaka, potem poskrbimo, da se temperatura ne bo kaj dosti spreminjala. V tem primeru bo zunanji zračni tlak bolj ali manj potisnil vodo v zoženem delu steklenice. Model Goethejevega barometra lahko naredimo tudi s plastenko iz trše plastike, da se ne bo zaradi spremembe zračnega tlaka preveč stisnila oz. razpela. V zamašek izvrtamo luknjo, ki je približno 0,1 mm manjša kot prozorna plastična cevka, ki jo potisnemo vanjo. V plastenko nalijemo približno do polovice obarvano vodo, zamašimo in obrnemo. S kapalko lahko ob normalnem zračnem tlaku 1013 milibarov nalijemo še nekaj vode, da se gladini v plastenki in cevi izenačita in s flomastrom to označimo. Za preprečevanje izhlapevanja, lahko kanemo še kapljo olja na površino vode v cevi. V Goethejevem barometru, kjer je voda rdeče obarvana, se je zračni tlak povečal in lahko pričakujemo izboljšanje vremena, v modelu v katerem je voda modro obarvana, pa se je zračni tlak zmanjšal.
  Zračni tlak je odvisen od vlažnosti ozrčja in od nadmorske višine. Normalni zračni tlak je približno 1 bar ali natančneje 1013 milibarov (ali 1013 hPa) in lahko odstopa do ±50 milibarov. Najnižji zračni tlak na površini Zemlje so izmerili v očesu hurikana v srednji Ameriki in sicer 882 milibarov, to je toliko, kot če bi se dvignili za 1000 m. Če se iz Ljubljane spustimo za 300 m do morske gladine, se bo zračni tlak povečal za 33 milibarov. Običajno pa so tlačne razlike zaradi vremenskih sprememb vlažnosti ozračja približno take, kot če se dvignemo oz. spustimo z dvigalom na ljubljanski nebotičnik in ne morejo kaj dosti vplivati na naše počutje. Več o vremenu v terenskih vajah.

Molekularna slika snovi
Da je snov zgrajena iz molekul je težko pokazati. Najstarejši je Brownov poskus v dimni celici v kateri vidimo posledico trkanja molekul ob drobne delce dima. Pod mikroskopom vidimo sipanje svetlobe na delcih dima, ki se neurejeno gibajo. Pred tem naj se učenci igrajo s frnikulami in vžigalično škatlico. Frnikule naj bodo molekule, vžigalična škatlica pa delec dima. Če imamo projekcijski sistem s kamero na mikroskopu, naredimo razstopino "Alpskega" mleka v vodi. Na video posnetku vidimo, kako se delci mleka neurejeno gibajo zaradi trkov molekul vode ob njih.
Oceno, kako velika je molekula lahko naredimo, če na vodno površino, na katero smo predhodno posuli malo smukca (pudra ali kredin prah), kanemo drobno kapljico olja. Poskus lahko naredimo v prozorni kadi, ki naj bo velika vsaj toliko kot steklo na grafoskopu na katerega jo položimo in izostrimo sliko na površino vode. Pred tem stresemo liter orehov ali lešnikov v večji pladenj tako, da ležijo tesno drug poleg drugega in ne drug na drugem. Če izmerimo površino, ki jo zasedajo raztreseni orehi ali lešniki, lahko izračunamo njihovo višino - premer. Če kanemo približno 0,1 mm3 veliko kapljico olja s konice šivanke ali žice premera 0,4 mm in se ta razleze v krog s premerom dobrih treh dm, to pomeni po površini približno 10 dm2 (pri tem se ne smejo videti mavrične barve, če želimo da je plast monomolekularna), je višina madeža in s tem premer molekule 0,1 mm3 : 100.000 mm2 = 0,000.001 mm to je miljoninka milimetra. Če bi bila molekula kocka, bi imela prostornino 10-6 mm x 10-6 mm x 10-6 mm = 10-18 mm3. V 1 mm3 je torej 1018 molekul (kanili smo torej 100000000000000000 molekul olja), v 1 cm3 pa 1021 molekul. Ker tehta 1 cm3 olja 1 g, je masa ene molekule 1 g : 1021 = 10-21g (0,000000000000000000001 g).
Zgradbo molekul si lahko ponazorimo z modelom kroglic, ki so med seboj povezane z vezmi. Vendar se različni atomi lahko vežejo med seboj le v stalnem masnem razmerju. To si lahko ponazorimo z vijaki, na katere privijamo npr. po dve matici (vijak predstavlja npr. kisikov atom z relativno atomsko maso 8, matico pa vodikov atom z relativno atomsko maso 1). Vijak tehta 6 g, matica pa 2 g. Če imamo kupček matic in vijakov je verjetnost, da imamo ravno dvakrat več matic kot vijakov, zelo majhna. Če pa natehtamo 60 g vijakov in 40 g matic, bomo lahko na 10 vijakov privili 20 matic. Če imamo 88 g matic, moramo natehtati 88 : 2 = 44, 44 x 6 = 264 g  vijakov, da se bo spajanje izšlo, skratka le v stalnem masnem razmerju 2 : 3. V vodo (H2O) se lahko spoji le 2 g vodika (H) in 8 g kisika (O), ali 45 g vodika in 180 g kisika, skratka le v stalnem masnem razmerju 1 : 4.
V trdni snovi so molekule med seboj povzane s prožnimi vezmi in molekule nihajo okrog ravnovesnih leg. Kristalno zgradbo lahko ponazorimo z modelom iz kroglic, ki so povezane z vzmetmi. Ponazorimo jo lahko tudi z milnimi mehurčki, ki jih z enakomernim pihanjem naredimo na površini milnice na grafoskopu.
Čim višja je temperatura, tem hitreje nihajo molekule okrog ravnovesnih leg in pri določeni temperaturi (tališču) medmolekularne vezi popustijo - trdna snov se stali v kapljevino. To si lahko ponazorimo z enakimi podložkami na prozornem pladnju na grafoskopu, ali pa kot kroglice, ki se premikajo na pladnju na grafoskopu. Če temperaturo še povečujemo, začnejo posamezne molekule, ki imajo dovolj veliko hitrost izletavati iz površine kapljevine (izhlapevanje) in pri določeni temperaturi (vrelišču) se kapljevina spremeni v plin, kjer so medmolekularne razdalje približno 1000 krat večje in hitrosti okrog 500 m/s. Model gibanja molekul plinov (zraka) lahko prikažemo s stiropornimi kroglicami v prozorni cevi nad zvočnikom. Bilj ko niha membrana zvočnika, večjo hitrost imajo posamezne kroglice in zato više odsakujejo. Če v cev damo gibljiv lahek bat, bo ta kazal tlak plina v zaprti posodi, ki je tem večji, čim višja je temperatura. Tlak plina lahko predstavimo tudi s padanjem kroglic na obrnjeno skledo pisemske tehtnice.
DimnaCelic_m.jpg (5652 bytes)orehi_molekul_m.jpg (5192 bytes)DebelMolek_m.jpg (5105 bytes)DebelMolekul_m.jpg (3733 bytes)masnarazmerja_m.jpg (4755 bytes)KroglModelKris_m.jpg (4139 bytes)ModelBrownGibVideo.jpg (3954 bytes)mehurck_m.jpg (3647 bytes)MehurNaGraf_m.jpg (4871 bytes)PodlNaGraf_m.jpg (5084 bytes)ModelIzhl_m.jpg (4728 bytes)ModelTlakaPli_m.jpg (3344 bytes)ModelPlin_m.jpg (5564 bytes)ModelKristal_m.jpg (3961 bytes)

Površinska napetost

Delo

Delamo, ko s silo premikamo telo.
Telesa lahko izmenjujejo energijo z delom.
Če telo oddaja delo, se mu energija zmanjša za toliko, kolikor dela je oddal.
Delo z orodjem. ("Zlato") pravilo o delu z orodjem pravi, da si z orodjem dela ne zmanjšamo, le olajšamo si ga tako, da zmanjšamo silo in prav tolikokrat povečamo pot.
Delo na klancu najbolje ponazorimo s spremenljivim klancem sestavljenim iz štirih 1/2 m dolgih desk, ki mu lahko pri konstantni višini spreminjamo naklon in dolžino. Na prvi fotografiji dvigujemo voziček navpično navzgor 1/2 m visoko s silo, ki je nasprotno enaka teži vozička to je 6 N. Pri tem opravimo 3 J dela in vozičku se poveča potencialna energija za 3 J (1/2 m . 6 N = 3 J). Nato vlečemo voziček po 2x daljšem, to je 1 m dolgem klancu, prav tako 1/2 m visoko, s pol manjšo silo 3 N. Pri tem opravimo prav tako 1 m . 3 N = 3 J dela in vozičku se prav tako poveča potencialna energija za 1/2 m . 6 N = 3 J. Na drugi fotografiji pa vlečemo voziček po 3 x daljšem to je 1,5 m dolgem klancu tudi 1/2 m visoko s 3 x manjšo silo 2 N. Pri tem ponovno opravimo 1,5 m . 2 N = 3 J dela in vozičku se spet poveča potencialna energija za 1/2 m . 6 N = 3 J.
Vijak je pravzaprav okrog osi zavit klanec.
Vzvod je vrtljiva toga palica. Na fotografiji je dvokončen vzvod pri katerem je ročica sile dvakrat daljša od ročice bremena, sila dvakrat manjša od sile teže bremena in premik sile davkrat daljši od premika bremena.
Škripec
. Pritrjeni škripec je pravzaprav enakoročni dvokončni vzvod in samo obrne smer sile. Laže je vleči navzdo kot navzgor. Sila s katero vlečemo vrv je pri tem enaka teži bremena in premik prijemališča sile je enak premiku prijemališča sile teže. Uporabljamo ga pri dvigalih in vzpenjačah, kjer je običajno "protiutež" enako težka kot kabina dvigala ali vzpenjače in je za dvigovanje potrebna že zelo majhna sila, ki "poruši" ravnovesje.
Gibjivi škripec je ravzaprav enokončni vzvod, pri katerem je ročica sile dvakrat daljša od ročice bremena in zato tudi sila dvakrat manjša od teže bremena. Polovico teže bremena uravnoteži sila pritrjene vrvi. Seveda je zato premik prijemališča sile dvakrat daljši od premika prijemališča sile teže bremena. Običajno gibljivi škripec kombiniramo s pritrjenim, da obrnemo smer sile navzdol. Če želimo silo še zmanjšati, povečamo število škripcev. Seveda mora biti pritrjenih prav toliko kot gibljivih škripcev. Na zadnji fotografiji škripcev sta dva pritrjena in dva gibjiva. Sila s katero vlečemo navzdol (2,5N) je štirikrat manjša od teže bremena (10N), zato pa je pot sile štirikrat daljša (20cm) od premika kilogramske uteži (5cm). Delo 2,5 N . 0,2 m = 10 N . 0,05 m = 0,5 Nm = 0,5 J.
Od gimnastičnih orodij je zanimiv "TotalGym 2000", ki eden redkih ne potrebuje ne uteži ne vzmeti, temveč uporablja le škripčevje za dviganje lastnega telesa na vozičku po spremenljivem klancu.
navpklanec_m.jpg (4092 bytes)klanec_m.jpg (3286 bytes)vijak_m.jpg (6323 bytes)vzvod_m.jpg (3305 bytes)GYM_m.JPG (5794 bytes)GYM1_m.JPG (5143 bytes)

Temperatura in toplota

Včasih so mislili, da tudi toplota potrebuje sredstvo za prenos, ki so mu rekli kalorik, podobno kot za elektromagnetno valovanje eter.
Če zmešamo sol in led dobimo mešanico pri - 17°C. To temperaturo je Fahrenheit vzel za izhodišče 0°F.
Razločevanje temperature in toplote po prof. Janezu Ferbarju
Za čutilo v koži in termometer pravijo, da sta čutilo in čutilnik za temperaturo. Vendar se ju da uporabiti tudi za zaznavanje toplote.
Toplota je količina, ki je značilna za dokončan proces. Opisuje dogajanje. Potek procesa opišemo s toplotnim tokom. Temperatura pa je količina za opis stanja.
Zakaj bolnika z vročino zebe v prostoru, kjer zdrave ne.
1. Polaganje dlani na površine z različno prevodnostjo
Hlajenje jedi v porcelanastih in kovinskih krožnikih.
2. Pomakanje izoliranih prstov v vodo
3. Naraščanje z vodo oblite površine - v vroči vodi se zdi, da temperatura raste s povečevanjem oblite površine, v mrzli pa, da temperatura pada.
Vsa ta "protislovja" se da pojasniti, če privzamemo, da koža zaznava spremembe toplotnega toka. Če se toplotni tok iz telesa poveča nad normalnega, potem človeka bolj zebe, če pa se zmanjša glede na normalnega ali celo vstopa v telo, potem je človeku vroče.
Toplotni tok je bolje opisati glagolsko - zebe me, mrazi me, za povečanje pa pravimo vroče mi je. Vroče mi je sicer ni glagolski opis dogajanja, je pa poudarjeno subjektivni opis. Ne izjavlja ničesar o temperaturi okoliških teles, temveč o lastni temperaturi. Če se toplotni tok zmanjša pod normalnega, potem temperatura telesa zares narašča, in je potemtakem izjava "vroče mi je" pravilna.
Prst nikakor ne more biti termometer, ker termometer kaže prav, ko ga v sredstvu držimo tako dolgo, da se njegova temperatura izenači z okolico. Pri prstu se to zgodi le izjemno. Potemtakem skozi kožo v prstu v večini primerov teče toplotni tok, in zato je že logično skoraj nemogoče pričakovati, da bi bil merilnik za temperaturo.
Na temperaturo lahko sklepamo potemtakem kvečjemu prek procesa, ki ga opisuje toplotni tok. Vse prejšnje zglede zvedemo na procesno merjenje ene od spremenljivk, ki vplivajo na toplotni tok: notranja telesna temperatura, Notranja temperatura pri pomakanju pregretega in podhlajenega prsta v mlačno vodo, pri polaganju dlani, pri postopnem potapljanju v vodo in zunanja temperatura, če je to edina spremenljivka. Koža torej pravilno čuti spremembo temperature, če gremo s toplega na hladno ali narobe, ali če vodi, v kateri se kopamo, primešamo toplo ali hladno vodo.
Toplotni tok najbrž ni mogoče tolmačiti kot energijski tok. Prevelik toplotni tok skozi kožo povzroča opekline, prevelika mehanična moč pa povzroča podplutbe, buške in zmečkanine. Potemtakem je treba domnevati, da so čutila v koži povezana z entropijskim tokom. Temu v prid govori tudi dejstvo, da ireverzibilno dovedeno delo, ki ne povzroča mehaničnih poškodb, lahko povzroči opekline (drgnjenje z vrvjo). Če pomanemo dlani, čutimo izdatnost nastajanja entropije, to je entropije, ki nastaja na časovno enoto. Količina je analogna entropijskemu toku, ki je v ključen v pojem toplotnega toka. Ko si pomanemo dlani, energija sploh ne priteka v telo, ker je bila že prej v njem. Na novo se pojavi le entropija zaradi ireverzibilnosti dela notranjih sil (sila dlani na dlan). Z ireverzibilnim delom notranjih sil razložimo tudi ogrevanje telesa zaradi fizičnih aktivnosti (telovadbe, fizičnega dela).
Termometer kot čutilnik (ne merilnik) za toploto.
Povzemite izkušnje, ki ste si jih nabrali, ko ste kožo uporabili kot čutilnik za toploto. Na osnovi teh izkušenj uporabite termometer kot čutilnik za toploto. Kaj je treba storiti? Opišite in razložite poskus. Skicirajte kako se toplotni tok spreminja s časom. Merila na ordinatni osi ni treba risati, lahko pa skicirate časovno merilo na abscisno os. Kdaj začne termometer delovati kot merilnik za temperaturo?
Rešitev.
Termometer potopimo v vročo vodo. Termometer zaznava prejemanje toplote s tem, da se gladina merilne kapljevine v njem dviguje. Če termometer potopimo v (ledeno) mrzlo vodo, zaznava oddajanje toplote s tem, da se gladina merilne kapljevine znižuje.
Merjenje izmenjane toplote
Pri termometru, ki je deloval kot čutilnik toplote nismo mogli izmeriti količine izmenjane toplote, ker ne poznamo njegove toplotne kapacitete. Ne vemo torej, koliko toplote je potrebno, da se segreje za eno stopinjo, in zato ne moremo izračunati izmenjane toplote.
Naredili si bomo merilnik (izmenjane) toplote iz pločevinke z vodo, v katero je vtaknjen neumerjen termometer. Tega bomo umerili kot prikazovalnik toplote. Umeritev bomo opravili z gretjem na elektriko. Z električnim grelnikom bomo segrevali merilnik in merili električno delo. Pri umerjanju se bomo zanašali na energijski zakon.
Energijo, ki jo grelnik prejme z električnim delom, v celoti odda s toploto. Zaradi prejete toplote se merilniku toplote poveča notranja energija. Zaradi povečevanja notranje energije se dviguje gladina merilne kapljevine v prikazovalniku (monitorju). Nanj narišemo skalo prejete toplote v kJ.
Iz spremembe notranje energije bomo sklepali, kolikšna je prejeta toplota.

Spremembe lastnosti teles zaradi temperaturnih sprememb izkoriščamo za merjenje temperature. Običajno izkoriščamo spremembo prostornine - raztezanje. Raztezanje trdnih snovi pokažemo tako, da na enem koncu segrevamo daljšo kovinsko palico, ki je labilno podprta in se bo prevesila na stran, ki jo segrevamo približno na polovici med koncem in sredino, kjer je podprta. še bolj je vidno raztezanje kovinskih cevi, ki jih segrevamo tako, da skozi njih napeljemo paro. Cevi iz različnih materialov se bodo različno raztezale. Če spnemo dve kovini, dobimo bimetalni trak, ki se pri segrevanju upogne zaradi različnega raztezanja. Model kapljevinskega termometra izdelamo iz bučke, ki jo napolnimo s (prevreto) obarvano vodo, v katero vtaknemo skozi preluknjan zamašek tanjšo stekleno cevko. Če bučko segrevamo, se bo voda raztezala. Kakšno bo raztezanje, če vzamemo večjo (manjšo) bučko, Debelejšo (tanjšo) cev? Model plinskega termometra prav tako izdelamo iz bučke v katero vtaknemo daljšo stekleno ali plastično cevko skozi preluknjan zamašek. Če cev potopimo v vodo in bučko segrevamo (z dlanmi), bodo iz cevke pod vodo uhajali mehurčki. Če pa cev zapremo s kapljico črnila, se bo le ta pri segrevanju premikala od bučke, pri ohlajanju pa k bučki.
Za merjenje temperature lahko uporabljamo tudi druge spremembe zaradi temperaturnih sprememb kot npr. spremembo upornosti (uporovni termometri). TERMISTOR (1310, 2032, 2033) lahko priključimo na 4,5V baterijo ali na 6 V BATERIJSKO KORITO (1993) in zaporedno še žarnico. Če bomo termistor segrevali in ohlajali npr. v vroči in mrzli vodi, se bo tudi žarnica prižigala in ugašala. Občutljivi termistor bo zaznal segrevanje med našimi prsti in ohlajanje, če pihnemo v njega.  Infrardeči termometri delujejo na osnovi (infrardečega) sevanja
NEUMERJEN TERMOMETER () umerimo (kalibriramo) tako, da go potopimo v mešanico ledu in vode in označimo (0°C) in nato v vrelo vodo (pri normalnem zračnem tlaku) in spet označimo (100°C). Vmesno razdaljo razdelimo na 100 enakih delov. TERMISTOR (1310, 2032, 2033) umerimo tako, da na merilniku upora (ohmetru) označimo kolikšen je upor termistorja, ko ga potopimo v mešanico ledu in vode (0°C) in kolikšen, ko ga pri normalnem zračnem tlaku potopimo v vrelo vodo (100°C). (glej tudi termistor v 9. r.)
RaztezKovin_m.jpg (3828 bytes)UmerTerm0C_m.jpg (2557 bytes)UmirTerm100C_m.jpg (2798 bytes)

Razlika temperatur je vzrok toplotnemu toku. Toplota prehaja iz telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo temperaturo.
Toplotna prevodnost je odvisna od razlike temperatur, velikosti ploskve po kateri se prevaja toplota, debeline in vrste materiala. Da je odvisna od vrste snovi, lahko pokažemo s poskusom, pri katerem na paličice iz različnih materialov z voskom pritrdimo jeklene kroglice. Paličice na posebnem stojalu potopimo v vodo, ki jo segrevamo z gorilnikom ali električnim grelnikom. Ko se bo vosek stalil, bodo najprej odpadle spodnje kroglice (odvisnost od debeline snovi) in na paličicah, ki dobro prevajajo toploto.
Toplota prehaja s telesa z višjo temperatura na telo z nižjo temperaturo, če sta v toplotnem stiku, dokler se temperaturi ne izenačita (toplotno ravnovesje). Če ima telo A enako temperaturo kot telo B in telo B enako temperaturo kot telo C, potem imata tudi telesi A in C enako temperaturo. Toplotni tok lahko teče tudi s konvekcijo, to je z gibanjem snovi (običajno vode ali zraka).
Telo se ohlaja tudi s sevanjem. Sevanje je pravzaprav elektromagnetno valovanje in ne potrebuje sredstva po katerem bi se širilo. Od Sonca pride svetloba na Zemljo po brezračnem prostoru in ko jo vpije se segreje.
toplprevodn_m.jpg (3626 bytes)VrenjeNadLed_m.jpg (3151 bytes)

Spremembe agregatnih stanj

taljenje_m.jpg (3589 bytes)
izparevanje_m.jpg (4814 bytes)
  Talilna in izparilna toplota vode
  V izolirano posodo (kalorimeter) natočimo 1 dl mrzle vode in ji izmerimo temperaturo. Nato dodamo 5 g ledu pri 0°C. Počakamo, da se ves led stali in izmerimo temperaturo vode. Idealno bi bilo, če bi imela 0°C, saj potem ni potrebno računati segrevanje 5 g vode iz staljenega ledu. Za taljenje je voda oddala toploto ledu. Če se 0,1 kg vode shladi od 4 na 0°C odda 0,1 kg . 4 st . 4 200 J/kg.st = 1 680 J toplote, ki jo porabi 5 g ledu, da se stali. Torej je za to, da se stali 1 g ledu potrebno  1 680 J : 5 g = 336 J/g. Tej toploti pravimo značilna (specifična) talilna toplota ledu, ki jo običajno navajamo za 1 kg in znaša torej 336 000 J/kg oz. 336 kJ/kg.

  Če se polijemo z ledeno mrzlo vodo nas ne bo tako zelo zeblo, kot če v roki držimo led ali kepo ledu, saj moramo vodo samo segreti, led oz. sneg pa tudi staliti, za kar potrebujemo dosti več toplote iz naše roke.

  V izolirano posodo (kalorimeter) natočimo 2 dl tople vode. S potopnim grelcem grejemo pokrito vodo, da zavre. Grelec naj bi bil 150 W pri 24 V. Bolje je, če merimo napetost in tok in izračunamo moč grelca. Ko voda zavre, jo lahko odkrijemo in vključimo štoparico. Vre naj 5 min = 300 s. Prostornino preostale vode izmerimo v menzuri. Če je v 300 s povrelo 33 g vode smo za to porabili 150 J/s . 500 s = 75 000 J toplote, za 1 g torej 75 000 J : 33 g = 2 273 J. Značilna (specifična) izparilna toplota vode je torej 2,27 MJ/kg.

  Če se polijemo z vrelo vodo, se bomo opekli, ker moramo ohladiti vrelo vodo, vendar je dosti huje, če se poparimo, saj moramo paro pri enaki temperaturi najprej kondenzirati v vodo, pri čemer odda ogromno toplote naši koži.

  Danes zasnežujejo smučišča s snežnimi topovi. Pri temperaturi pod lediščem pod velikim tlakom brizgajo drobne kapljice vode v ozračje, kjer zmrznejo.

 


VrenjeVBrizg_m.jpg (3183 bytes)
PapenovLon_m.jpg (2717 bytes)
ZicaVled_m.jpg (5468 bytes)
-15st_m.jpg (4806 bytes)
  Tališče in vrelišče sta odvisna od tlaka. Snov pri povečanem tlaku "teži" v agregatno stanje v katerem ima manjšo gostoto in obratno. Če zmanjšamo tlak, bo voda zavrela že pri nižji temperaturi. Na fotografiji s črpalko izčrpavamo zrak iz ojačene erlenmajerice v kateri vre voda pri 36°C. To lahko dosežemo tudi z malo vroče vode v plastični brizgi, ki jo razpnemo in s tem zmanjšamo tlak.

 


 Če v plastično brizgo damo malo tople vode, lahko zavre ko povlečemo bat pri zaprti odprtini, saj zmanjšamo tlak in s tem znižamo temperaturo vrelišča.


  Če pa tlak povečamo, voda v "ekonom" ali "Papenovem" loncu zavre pri 120°C, in hrana se zato prej skuha, dočim morajo kuharji v planinskih postojankah hrano dlje kuhati, ker vre pri nižji temperaturi pri manjšem tlaku.


  Če močno stisnemo sneženo kepo, se bo stalila in ko popustimo bo nazaj zmrznila. Pod drsalcem je velik tlak, zato se pod drsalkam led stali. Ko drsalec odpelje naprej, voda spet zmrzne.


  V razredu lahko naredimo preprost poskus z večjim kosom ledu, preko katerega obesimo tanko žico na katero obesimo utež. Zaradi velikega tlaka pod žico, se bo led stalil in žica se bo počasi spuščala, nad njo pa bo voda spet zmrznila.

 

  Če zmešamo led (pri 0°C) in sol (pri 20°C), se bo mešanica močno ohladila. Na fotografiji vidimo, da na - 15 °C, na kozarcu pa se nabira srež. V drugem kozarcu se led tali pri 0 °C in na kozarcu se nabira rosa.


  Če previdno ohlajamo zelo čisto (destilirano) vodo in jo ne stresamo, jo lahko podhadimo na -5°C, ko pa jo npr. s termometrom premešamo, v trenutku zmrzne.


Reverzibilne in ireverzibilne spremembe. Raztezanje svinčene in jeklene vzmeti.
Delo in toplota
Joulsko vreteno, torni valj na vrvi
Adiabatno stiskanje zraka imenujemo takrat, ko plin ne prejme in ne odda toploto.
Če plin (zrak) stiskamo, mu dovajamo delo in se zato segreje. Če pumpamo bicikel, se ZRAČNA TLAČILKA (506) segreva. Če v STEKLENO CEV Z BATOM (450) damo košček vate in zrak hitro stisnemo, bo vata zagorela. Podobno eksplodira plinsko olje v dizlovem motorju, ko bat stisne mešanico nafte in zraka. Obratno, če se plin (zrak) razpenja se ohlaja. To lahko pokažemo, če praznimo ZRAČNICO (1571), bo UPOROVNI KOVINSKI TERMOMETER (2067) s katerim pritiskamo na ventilček pokazal nižjo temperaturo. Tudi če odpremo rahlo pretreseno plastenko ali steklenico peneče pijače (najbolje mošta), bomo z roko s katero držimo plastenko (steklenico) čutili, kako se le ta ohlaja. Tudi zrak, ko se dviga in razširja, pogosto nima časa, da bi prejemal toploto in se zato ohlaja.

Toplotni stroji
Preproste toplotne stroje - igračke glej v naravoslovju za 6. in 7. razred. Prvi uporabni parni stroj je leta 1782 izumil James Watt, kar je imelo za posledico industrijsko revolucijo. Toplotni stroj na eni strani pri višji temperaturi prejema toploto na drugi strani pa jo pri nižji temperaturi oddaja. Pri tem lahko odda nekaj dela. Če segrevamo zrak v STEKLENI BRIZGI (517-9) se bo ta razširjal in dvignil breme. Če z roko segrevamo bučko na enem koncu ZAPRTE STEKLENE CEVI Z ETROM (426) se bo ta zaradi raztezanja (vrenja) dvigoval in prevesil. Na podoben način deluje ŽEJNA RAČKA (424). Njeno delovanje lahko pospešimo, če ji z npr. infra rdečo žarnico grejemo spodnji del, ali pa če ji z npr. mrzlim curkom zraka iz sušilnika za lase hladimo (pospešujemo izhlapevanje) zgornji del - glavo. Z INFRARDEČO ŽARNICO (433) lahko segrevamo tudi KOLO S ČRNIMI PERESI (431), ki se raztezajo in obrnejo kolo, na drugi strani pa se ohladijo in skrčijo. Prvi toplotni stroji so izkoriščali 1700-kratno povečanje prostornine vode pri izparevanju. Podobno deluje HERONOVA BUČA (), preprost PARNI MLINČEK (2197) in VRTLJIVA SPIRALA () in "ČUF - ČUF" ladjica. STIRLINGOV MOTOR (427) uporablja za krožno spremembo zrak.
TOPLOTNA ČRPALKA (434) deluje na osnovi stiskanja (kompresija) in razpenjanja tekočine, ki ima nizko vrelišče. Pri stiskanju se segreva, pri razpenjanju pa ohlaja, kar uporabljamo pri hladilnikih. Večina TOPLOTNIH ČRPALK(2048) ima v sebi navadno PELTIERJEV ELEMENT (2049), ki ob razliki temperatur požene električni tok, če pa ga priključimo na izvir električne napetosti, pa bo na eni strani hladil, na drugi pa segreval in imamo lahko na ta način na eni strani hladilnik in na drugi grelec. Če dva Peltierjeva elementa sklenemo z dobrim toplotnim prevodnikom, lahko enega priključimo na izvir električne napetosti in bo drugi poganjal električni tok (sklenjen toplotni tok). Tudi SVETLOBNI MLINČEK (558) je neke vrste toplotni stroj, saj temno stran lopatic svetloba bolj segreva kot posrebreno na drugi strani, zato imajo molekule razredčenega plina na temni strani večjo kinetično energijo in odrinejo lopatico.
toplotnistroj_m.JPG (2782 bytes)
toplotnacrpalka_m.jpg (6125 bytes)svetlobnimlincek_m.jpg (2282 bytes)

Motorji z notranjim izgorevanjem

traktor_m.jpg (8028 bytes)   so izpopolnjeni toplotni stroji z večjim izkoristkom, saj že samo ime pove, da v njih gorivo izgoreva v notranjosti motorja, za razliko od prvih toplotnih strojih pri katerih je izgorevalo v ločenem kurišču pod kotlom vode, ki jo je bilo potrebno še upariti.

Gorivna in vodikova celica

GorivnaCel_m.jpg (5231 bytes)
AvtoNaVodikCel_m.jpg (4985 bytes)

Energija

merkinenerg1_m.jpg (3113 bytes)
merkinenerg_m.jpg (2079 bytes)
kinenergvozick_m.jpg (2702 bytes)
kinenergnihala_m.jpg (4424 bytes)
kinenergkrogl_m.jpg (1781 bytes)
MerilKinEner_m.jpg (4820 bytes)
  Včasih so energijo izenačevali z močjo in celo s silo (konjska sila namesto moč)

  Telo ima energijo, ko lahko odda delo in / ali toploto. Pri tem se mu energija zmanjša za toliko, kolikor dela in / ali toplote je oddalo.

  Posredno lahko kinetično energijo  telesa približno izmerimo s preprosto merilno napravo. Za to potrebujemo dve leseni kladi v kateri po dolžini naredimo plitev utor v katerega položimo letvico. Kladi stisnemo s štirimi vijaki. Iz premika letvice lahko sklepamo kolikšna je kinetična energija telesa, ki se zaleti v njo. Bolj ko kladi stisnemo, teže se bo premaknila letvica, večjo kinetično energijo lahko izmerimo.

 

  Kinetično energijo kroglice lahko prikažemo s premikom škatlice ob katero trči. Kroglico lahko zakotalimo z večje višine, lahko pa tudi spreminjamo maso kroglice in iz odmika škatlice sklepamo na kinetično energijo kroglice. Tako lahko ugotovimo, da je kinetična energija odvisna od mase in hitrosti telesa (Wk = m·v2/2). Kroglica z dvakrat večjo maso ima dvakrat večjo kinetično energijo. Kroglica, ki ima dvakrat večjo hitrost, pa ima kar štiri krat večjo kinetično energijo. Zato so tudi učinki nesreč z vozilom, ki ima dvakrat večjo hitrost 4-krat hujši. Če vozimo 40 km/h, posledice nesreče ne bodo tako hude. Če vozimo 56 km/h ima vozilo že 2-krat večjo kinetično energijo in če vozimo 120 km/h ne bodo posledice 3-krat, temveč 9-krat hujše.


  Z letvico kot vzvodom, lahko pokažemo, da ima kroglica z 2x večjo hitrostjo 4x večjo kinetično energijo. Na letvico z luknjicami (Lesko) položimo dve kroglici z enako maso v razdalji 1 : 2 (na fotografiji v 6 in 12 luknjico) in na podloženem koncu udarimo po njej. Kroglica, ki smo jo pognali z 2x več dela, ne bo odletela 2x više, temveč približno 4x.


  Na podoben način lahko poženemo po mizi z letvico kot vzvodom dva enaka kovanca v razdalji 1 : 2 od konca, ki ga z eno roko držimo pri miru, z drugim koncem pa v vodoravni smeri udarimo ob njiju. Kovanec, ki je 2x dlje, prejme 2x več dela, ker ga potiskamo na 2x daljši poti, a ne odleti 2x temveč 4x dlje, kar lahko tudi izmerimo.


   Za bolj natančne meritve potrebujemo seveda elktronske meritve (ultrazvočni merilnik ali optična vrata) in računalnik, ki nam izračuna hitrost.

Potencialna oblika energije
Potencialno - zmožnost, da telo lahko opravlja delo. Tudi potencialno energijo lahko ocenjujemo po njenih učinkih. V resnici se potencialna energija običajno pretvori v kinetično, katere učinke opazujemo. Tako lahko spuščamo utež z različnih višin na žeblje v deski, ali različno težki kroglici z enake višine v mivko. Težja svinčena bo naredila večjo vdolbino v mivki, kot lažja rdeča. Težje kroglice lahko poskusimo spustiti tudi na mehkejši plastelin. Ob tem ugotovimo, da je potencialna energija odvisna od višine in teže telesa. (Wp = Fg·h)
PotencEner_m.jpg (2636 bytes)

Prožnostna oblika energije
lok_m.jpg (3633 bytes)ProzniSkok_m.jpg (6510 bytes)kanvas_m.jpg (9418 bytes)

Notranja energija

Za energijo včasih rečemo, da se raztresa - izgubja. V resnici se pretvarja v notranjo obliko energije. Telo se malo segreje.
Izoliran sistem.
Izoliran sistem z okolico ne izmenjuje niti dela niti toplote, energija ne more izginiti, niti iz nič nastati, lahko pa spreminja obliko.
Tog valj na klancu, nihala, looping, Bungee Jumping, valj v katerem se snov presipava.
Enako težki plastenki z mivko ali rižem (najprej hkrati obe postavimo na tehtnico) na klancu, v eni se mivka (riž) presipa v drugi ne (tako, da zatlačimo vanjo stiropor ali vato). Poskus pokažemo najprej z neprozornima in nato s prozornima valjema.
izkinvpotenc_m.jpg (4100 bytes)luping_m.jpg (3023 bytes)BungJu_m.jpg (4120 bytes)kotalspresip_m.jpg (4326 bytes)pretvenerg_m.jpg (6456 bytes)

Entropija
Toplo vodo prelijemo iz velikega lonca v kozarec s termometrom, v drugem kozarcu je mrzla voda s termometrom.

OPTIKA
Svetlobo v devetletni osnovni šoli obravnavamo v Naravoslovju v 6. in 7. razredu.

nekatere stare merske enote izven mednarodnega sistema enot:
(glej merjenje v N.&T.v4.&5.r.)
Včasih je bilo vse polno enot. Da še danes niso poenotene primer dolžinskih enot za čevlje:
RazlMereCevl_m.jpg (4977 bytes)
Najbolj znane so nedovoljene Imperialne enote oziroma anglosaški merski sistem, ki se je uporabljal v Združenem kraljestvu. Vodovodni instalaterji, izdelovalci avto in kolesarskih plaščev, ter TV in računalniških ekranov še danes uporabljajo palce ali cole ali inče " , 1 inch = 25,4 mm (staroavstrijski pa 2,634 cm). Prvotno je bil palec povprečna dolžina treh zrn rži.
čevelj , , 1 foot = 12 inch = 0,3048 m (staroavstrijski - dunajski pa 0,31 m)
jard , 1 yrd = 3 foot = 0,9144 m (razdalja med nosom in palcem na iztegnjeni roki angleškega kralja Henrika I.)
pariška linija = 2,256 mm
mikron 1µ = 10-6 m
Ängström 1 Ä = 10-10 m
laket = 0,778 m
dunajski seženj ali klaftra = 6 čevljev = 1,896 m
seženj = 3 aršinov = 7 čevljev = 2,134 m
vrsta = 500 sežnjev = 1,06668 km
stadij = 200 m (stadion)
angleška milja , 1 mile = 5280 foot = 1609,344 m (1000 - mile (dvojnih) korakov rimskega legionarja)
morska (navtična) milja = 1853 m (Dolžina 1 minute zemljepisne dolžine na ekvatorju. Tako je obseg Zemlje 360 x 60 = 21.600 milj)
Francozi so vzeli za enoto dolžine 10.000.000-ti del poldnevnika skozi Paris od severnega tečaja do ekvatorja. (Tako je obseg Zemlje 4 x 10.000.000 m = 40.000.000 m = 40.000 km)
Astronomska enota 1 AE = 150 000 000 km (149,6 x 106 m, razdalja med Soncem in Zemljo)
svetlobno leto = 9,45 · 1015 m (razdalja, ki jo svetloba prepotuje v enem letu)
parsek 1 pc = 3,086 · 1016 m = 206 265 a.e. ali 3,26 svetlobnega leta (razdalja, iz katere bi videli AE pod kotom ene sekunde)
ploskovne:
ar 1 a = 100 m2
hektar 1 ha = 10.000 m2
kvadratni seženj = 3,595 m2
oral ali jutro = 1600 kvadratnih sežnjev = 5751 m2
1 acre = 4046 m2
prostorske:
polič (vina) = 1/2 l
štefan (vina) = 2 l
maseljc = 0,33 l
bokal = 4 maseljcev = 1,415 l
vedro = 40 bokalov = 56,589 l
polovnjak = 5 veder = 283 l
galona (am.), 1 gall = 3,785 l
galona (angl.), 1 gall = 4,546 l
kvart (am.), 1 qt = 0,946 l
kvart (angl.), 1 qt = 1,136 l
sod (barell nafte) 1 bbl = 159 l
klaftra (drv) cca 4 m3
(bruto)registrska tona , 1 BRT = 2,8316 m3 (100 kubičnih čevljev)
TEU twenty foot equivalent unit 2,4 m x 2,4 m x 6,1 m = 35,136 m3 standarnizirani zabojnik, nosilnost ladje npr. 10.000 TEU
težinske:
stot, kvintal ali cent = 100 kg
unča oz., 1 once = 28,35 g (1/12 funta) ali avoirdupois unča (blago po teži), 1 troy unča  = 31,1 g za merjenje žlahtnih kovin
funt , 1 pound 1 lb = 16 once = 0,45359 kg, funt za drage kovine in zdravila je enak 0,37324 kg
karat = 0,2 g (teža semena rožiča), čisto zlato je 24-karatno, 18 karatno pa vsebuje 18/24 zlata. Danes se uporablja metrični karat: 700 ct pomeni 70% čisto zlato.
atomska enota mase 1u ali 1 aem = 1,66 x 10-27 kg
sila
pond , 1 p = 9,81.10-3 N (teža 1 g)
kilopond, 1 kp = 9,81 N (teža 1 kg)
dina , 1 dina = 10-5 N (1 g.1 cm/s2)
tlak:
tor , 1 torr = 133 N/m2 (tlak 1 mm Hg)
mmH2O = 9,8 Pa
tehniška atmosfera, 1 at = 9,8.104 N/m2 = 98066 Pa
fizikalna atmosfera, 1 atm=101.325 Pa
PSI Pound per square inch (funt na kvadratni palec) 1PSI = 6888 N/m2
hitrost:
vozel = 1,85 km/h (1 morska milja na uro, pribl.15 m / 30 s = 1/2 m/s)
za merjenje hitrosti ladij in vetra
pospešek
gal = 100 m/s2
delo, energija, toplota :
ektron-volt, 1 eV = 1,6.10-19 J
erg = 10-7 J (1 g. cm2/s2)
kiopondmeter, 1 kpm = 9,8 J
kilokalorija, 1kcal = 4186 J (segreje 1 kg vode za 1st - od 14,5 na 15,5°C)
COE je ekvivalent energiji, ki se sprosti ob izgorevanju sodčka nafte (barell 159 l)
 BTU = 1 055 joule =  252 kcal (British thermal unit)    npr. klima naprave:
MOČ                                                        PORABA ELEKTRIČNE ENERGIJE
3500 W - 12000 BTU/h (hlajenje)            1060 W
4100 W - 14000 BTU/h (gretje)                1110 W
moč:
volt-amper, 1 VA = W
konjska moč 1 KM = 735,49 W (moč s katero je konj dvigoval breme iz rudnikov) - ps
1 hp = 745 W
temperatura:
št. Celzijevih st (°C) = 5/4°R = 5/9(°F-32) = (°K-273)  (npr. 50 °F je 5/9(50°F - 32) = 10 °C)
št. Reaoumerjevi st (R) = °C x 0,8  (npr. 10 °C je 0,8 x 10 °C = 8 R)
št. Fahrenheitovih st (°F) = °C x 1,8 + 32  (npr. 10°C je 1,8 x 10 °C + 32 = 18 + 32 = 50 °F)
svetloba:
UV index po dogovoru zavzema vrednosti od 1 do 10:

UV index 0 ~ 2 2 ~ 4 4 ~ 6 7 ~ 9 10 +
nevarnost minimalna nizka povprečna velika zelo velika

Ultravijoični zaščitni faktor UPF (Ultraviolet Protection Factor):

UPF povprečna efektivna UV prepustnost zaščitna kategorija
10 ~ 19 10 ~ 5,1 % srednja 
20 ~ 29 5 ~ 3,4 % visoka 
30 ~ 49 3,3 ~ 2 % zelo visoka
50 + manj kot 2 % najvišja

Včasih pomeni zaščitni faktor na sončnih kremah, koliko dlje od nezaščitene kože ste lahko na soncu. Koliko ste lahko brez zaščitne kreme na soncu je odvisno od tipa kože. Če ste lahko na soncu nezaščiteni 5 minut, vam krema s faktorjem 15 ta čas podaljša 15 krat, torej na dobro uro (75 minut).

predpone d (deci) 10-1 , c (centi) 10-2 , dk (deka) 101 in h (hekto) 102 niso priporočljive.

http://www.mirs.si/

www.mirs-info.si

http://physics.nist.gov/cuu/Units/