Из чего состоят физические тела кратко

Обновлено: 05.07.2024

Любой из окружающих нас объектов живой и неживой природы, называется физическим телом. Все физические тела имеют массу, форму и объём.

Физическое тело — это любой объект, имеющий массу, форму и объём.

Пример. Камень, песчинка, люди, растения, животные, а также любой изготовленный предмет — физические тела.

То, из чего состоит физическое тело, называется веществом.

Пример. Вода — вещество, капля воды — физическое тело, алюминий — вещество, алюминиевая ложка — физическое тело.

Вещество — это совокупность частиц (молекул, атомов или ионов), обладающая определёнными физическими и химическими свойствами. Неотъемлемым признаком вещества является наличие массы. Световые лучи и электромагнитное поле не имеют массы и к веществам не относятся.

Тело может состоять из одного или большего числа веществ.

Пример. Алюминиевая фольга (тело) состоит из алюминия (вещество), страница книги (тело) состоит из бумаги (вещество) и краски (вещество).

В мире существует очень много различных веществ. Одни из них существуют в природе, а другие созданы искусственно.

Пример. Вода, железо, соль, крахмал — природные вещества. Ацетон, аспирин, полиэтилен — искусственные вещества.

Вещества, используемые для изготовления предметов, оборудования, а также в строительстве и других отраслях, называются материалами.

Физические тела мы можем осязать, наблюдать, иногда с помощью специальных приборов (микроскоп, телескоп и др.). Они имеют массу и состоят из определенного вещества. Для наглядности взгляните на рисунок 1.

Рисунок 1. Физические тела и вещества, из которых они состоят.

Вещества также имеют собственную структуру и состояния, в которых они могут находиться. Далее в этой главе мы более подробно рассмотрим все новые термины и интересные опыты.

Кроме физических тел нас окружает и другой вид материи, который характеризует состояние и взаимодействие тел: температура, энергия, гравитация. Мы не можем взять в руки гравитацию или температуру, но можем измерить с помощью приборов.

Строение вещества

Многие века ученые задавались вопросом из чего состоят физические тела, окружающие нас каждый день.

Идея эта превратилась в настоящую научную теорию только в XVIII веке и получила дальнейшее развитие в XIX веке. Рассмотрим опыты, которые покажут достоверность этих идей и научных теорий.

Опыты

Если мы приложим к определенному телу некоторое усилие, мы можем уменьшить объем этого тела: например, теннисного мячика, воздушного шарика, кусочка воска. Но объем тела также изменяется при его нагревании или охлаждении.

Обратите внимание на рисунок 2.

Возьмем медный или латунный шарик, который в обычном состоянии спокойно проходит через кольцо (рисунок 2, 1), закрепленное на штативе.

А теперь мы нагреем шарик, и увидим, что через кольцо он уже не проходит (рисунок 2, 2) — он увеличился в размерах.

Когда же он остынет, то снова начнет проходить через кольцо. Здесь мы рассмотрели, как ведет себя твердое тело при нагревании и охлаждении.

Теперь давайте перейдем к опыту с жидкостью (рисунок 3).

Рисунок 3. Опыт с нагревом жидкости в колбе

Наполним колбу водой и плотно закроем пробкой, через которую будет проходить стеклянная трубка. Отметим уровень жидкости в трубке. Начнем нагревать нашу жидкость, и увидим, что уровень воды в трубке начнет подниматься.

Так как все вещества состоят из отдельных частиц, можно предположить, что объем тела увеличивается, когда увеличивается расстояние между этими частичками и наоборот, когда расстояние между частицами уменьшается, объем тела становится меньше.

При нагревании объем тела увеличивается, а при охлаждении уменьшается

Так почему же мы не видим этих частиц? Современная наука доказала, что размер частиц невероятно мал, и мы не можем увидеть их невооруженным взглядом.

Но мы можем доказать факт существования этих частиц на следующем простейшем опыте (рисунок 4): возьмем колбу с водой и растворим в ней каплю зелёной краски. Что произойдет? Вода окрасится в зеленый цвет.

Далее отольем немного воды из колбы №1 в пустую колбу №2 и дольем в нее чистую воду. Теперь вода в колбе №2 будет окрашена не так интенсивно, как в колбе №1.

Ту же самую операцию проделаем с колбой №3, но окрашенную воду будем доливать из колбы №2. Таким образом, мы получим в колбе №3 самый бледный оттенок окрашенной воды.

Как же этот опыт подтверждает гипотезу о том, что все вещества состоят из частиц? Поскольку в колбу №1 попала всего лишь 1 капля зелёной краски, а окрасилась вода и в остальных колбах.

Можно предположить, что эта капля в свою очередь состояла из огромного множества мелких частиц, которые и оказались во всех трех колбах.

Физические тела — предмет изучения науки физики. Это понятие широко используется в таком её разделе, как механика. К физическим телам относятся материальные объекты, имеющие определённую форму, массу, объём и чётко очерченные границы. Помимо этого, у них есть и другие важные характеристики, такие как плотность, твёрдость/упругость, прозрачность/непрозрачность и т. д. Они, в свою очередь, определяются свойствами (материалов), из которых состоят (изготовлены) физические объекты.

Виды тел в физике
Принципиальная разница в свойствах
Текучесть как свойство
Простые и составные
Тела и вещества
Принятые в науке приближения
Природные явления и тела

Виды тел в физике

В зависимости от того, из чего состоят физические тела, различают несколько их видов. Так, они бывают:

твёрдыми;
жидкими;
газообразными.

В первом случае в их составе — твёрдые вещества, и они имеют определённую форму. Можно привести такие примеры физических тел: песчинка, валун, автомобиль, стол. В окружающем человека мире их множество — как природные, так и рукотворные. Последние называются предметами.

Второй вид — жидкие объекты, например, вода в стакане. Их характерная черта состоит в том, что они не имеют собственной формы и принимают очертания предмета, внутри которого находятся. Так, жидкость в стакане будет иметь одну форму, в аквариуме или бензобаке — другую.

Третий вид — газообразные. Для них характерно то, что при отсутствии ограничений они свободно распространяются в окружающей среде. Их очертания (форма), как и во втором случае, определяются границами внешнего твёрдого объекта (ёмкости). В отличие от жидких, в соответствии со свойствами газов, они заполняют весь доступный объём.

Принципиальная разница в свойствах

Твёрдые, жидкие и газообразные тела обладают значительными отличиями. С точки зрения физики, они вызваны разным строением веществ, из которых эти объекты состоят, и разной степенью притяжения их молекул. Так, твёрдые вещества бывают:

Кристаллическими — расположение молекул или атомов (ионов) в них строго упорядочено.
Аморфными — не имеют определённого порядка расположения.
Высокомолекулярными, в которых положение атомов в молекулах определено, но сами молекулы располагаются в веществе хаотично.

Частицы в твёрдом веществе и, соответственно, твёрдом физическом объекте, сильно притягиваются друг к другу и находятся в постоянном движении. В жидкости притяжение слабее, но все же его достаточно для того, чтобы такие вещества сохраняли свою структуру, но не хватает для удержания формы жидких веществ, поэтому под действием силы тяжести жидкости принимают форму сосуда.

Связь между структурными частицами в газах ещё более слабая. Молекулы (атомы) в них расположены на расстоянии, значительно превышающем собственный размер частиц. Поэтому газы можно сильно сжать, но формы они не имеют, заполняя весь предоставленный объём.

Свойства веществ определяют характеристики состоящих или изготовленных из них объектов.

Текучесть как свойство

Несмотря на значительные отличия, у твёрдых и жидких тел есть и сходные свойства. Существуют так называемые мягкие объекты, занимающие промежуточное положение и обладающие свойствами и одних, и других. Например, характерную для жидкостей текучесть могут показывать и твёрдые объекты или вещества, такие как сапожный вар, лёд, даже некоторые металлы. Последние демонстрируют свойства жидкостей при воздействии высокого давления.

Так, если соединить два металлических куска в необходимой последовательности, можно под высоким давлением получить прочное соединение — они как бы спаяются в единое целое. Интересно, что нагревать их до температуры плавления для этого не потребуется. Таким методом на основе диффузии (взаимного проникновения частиц) получают некоторые металлические сплавы.

Простые и составные

Применяется ещё одна классификация, в зависимости от того, имеются ли в телах составные части. Так, составным называют такое из них, которое имеет неоднородное строение и представляет собой комбинацию (соединение) нескольких простых, считающихся однородными. Такая классификация была принята для проведения упрощённых расчётов при работе с физическими телами, в которых не учитываются изменения внутреннего состояния реальных объектов, а также разрушения вследствие приложенной извне силы.

Например, человека, при изучении его путём теоретических исследований в качестве физического объекта, корректно рассматривать, как совокупность простых форм — цилиндров, шаров (если пренебречь тем, что любое человеческое тело имеет полости).

Тела и вещества

Из определения физического тела следует, что обозначаться этим термином могут абсолютно все предметы вокруг, созданные как человеком, так и природой. Кристаллики соли, предметы мебели и оргтехники, воздух в воздушном шаре, вода в стакане — все они имеют признаки физических тел: определённый объём и массу, размеры и т. д.

Вещество образует физический объект, занимая определённое свободное пространство. Так, золото — это вещество, а золотое кольцо — тело. Другой пример: вода является веществом, а её капля или вода в ёмкости — тело.

Принятые в науке приближения

В современной физике в определённых случаях рассматривают некие абстрактные тела с идеальными характеристиками. Это прежде всего касается механики. В этом разделе рассматривается движение идеальных физических точек, которые не имеют массы и прочих физических свойств. Для поставленных задач эти величины не имеют значения, ими можно пренебречь.

При расчётах также нередко используется абстрактное понятие абсолютно твёрдого тела. Отличаться от обычных оно будет отсутствием смещения центра массы и неподверженностью любым деформациям.

Абсолютно чёрное тело — ещё одна абстракция, используемая в термодинамике. Под ней понимают объект, который способен поглотить абсолютно любое электромагнитное излучение, достигшее его поверхности. Стоит отметить, что оно само может испускать излучение, если таковы условия задачи, и визуально может быть не только чёрным. То, каким будет спектр его излучения, связано только с температурой абсолютно чёрного объекта.

Ещё одно приближение: любой рассматриваемый в физической задаче предмет по умолчанию считается шарообразным, если его форма не имеет значения.

Природные явления и тела

Возникновение физической науки связано именно с необходимостью исследования поведения физических объектов и их взаимодействия между собой, а также с природными явлениями. Так, создание рукотворных предметов особой конструкции способно задержать движение природной стихии во время шторма, защитить от ураганов. Катастрофические последствия землетрясений для людей преодолеваются путём проектирования и возведения строений особой формы, обладающих определёнными свойствами.

Другой пример: создание автомобиля особой конструкции, позволяющей уменьшить его повреждения при контакте с другими твёрдыми объектами во время автокатастрофы. Всё это стало возможным, благодаря изучению закономерностей взаимодействия физических объектов (тел) между собой, с природными и другими явлениями.

Пройти этот сложный путь физика смогла за много столетий и самые значительные открытия, несомненно, ещё впереди.

Многие вещества способны переходить из одного агрегатного состояния в другое. Чем это обусловлено?

Все вещества в природе состоят из мельчайших частиц, называемых молекулами, которые связаны между собой силами взаимного притяжения и находятся в постоянном хаотическом движении. Изменение агрегатного состояния не приводит к изменению в составе вещества, изменяется только расстояние между молекулами. Твердые вещества имеют самые маленькие расстояния, а газообразные – самые большие.

Молекула, это мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства. В свою очередь все молекулы состоят из атомов.

Рисунок 2 – Модель строения атома

Вещества, в зависимости от их состава, подразделяют на простые и сложные. Если молекула состоит из атомов одного вида, то вещество называют простым. Например, кислород, водород (рисунок 3), азот и др.

Рисунок 3 – Молекула кислорода

Если же в составе молекулы имеются атомы разного вида, то вещество называют сложным. Например, углекислый газ, вода (рисунок 4), оксид углерода (или угарный газ), метан и т. д.

Рисунок 4 - Молекула воды

Сколько же всего существует химических элементов?

Каждый человек хотя бы раз в жизни видел эту таблицу (рисунок 5).

Рисунок 5 – Периодическая таблица химических элементов

В природе людьми были обнаружили 94 элемента, изучали их свойства и особенности. Большая часть из них была в первоначальной периодической таблице. Другие 24 элемента были созданы в лабораториях. Всего получается 118. Еще 8 элементов являются лишь гипотетическими вариантами. Их пытаются изобрести или получить. Отсюда и число 126.

Физические тела могут претерпевать различные изменения, которые называются явлениями, разделяющимися на физические и химические.

Физическими называются явления, при которых изменяется форма или физическое (агрегатное) состояние, но не происходит образования новых веществ. Например, кипение воды, конденсация пара, плавление льда.

Химическими называются явления (реакции), при которых из одних веществ образуются другие. Например, горение веществ, коррозия металлов и прочее.

Вещества, используемые в котельной практике в качестве рабочего тела называются теплоносителем. Самыми распространенными теплоносителями являются вода и водяной пар. У каждого теплоносителя имеются свои параметры и характеристики, такие как давление, температура и удельный объем.

Вопросы для закрепления темы:

1. Какие бывают агрегатные состояния вещества?

2. Что такое простые и сложные вещества?

3. Из чего состоят вещества?

4. Что такое физические и химические явления?

5. Что такое теплоноситель?

В природе известно три агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. (рисунок 1)

Рисунок 1- Агрегатные состояния воды