Gerak lurus dengan percepatan tetap. Konsep percepatan

Rencana pembelajaran dengan topik “Kecepatan pada gerak linier dengan percepatan konstan”

tanggal :

Subjek: “Kecepatan pada gerak garis lurus dengan percepatan tetap”

Sasaran:

Pendidikan : Menjamin dan membentuk asimilasi pengetahuan secara sadar tentang kecepatan pada gerak lurus dengan percepatan tetap;

Pembangunan : Terus mengembangkan keterampilan aktivitas mandiri dan keterampilan kerja kelompok.

Pendidikan : Untuk membentuk minat kognitif terhadap pengetahuan baru; mengembangkan disiplin perilaku.

Jenis pelajaran: pelajaran dalam mempelajari pengetahuan baru

Peralatan dan sumber informasi:

Isachenkova, L. A. Fisika: buku teks. untuk kelas 9. institusi publik rata-rata pendidikan dengan bahasa Rusia bahasa pelatihan / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, A. A. Sokolsky; diedit oleh A.A.Sokolsky. Minsk: Asveta Rakyat, 2015

Isachenkova, L. A. Kumpulan masalah dalam fisika. Kelas 9: buku pedoman untuk mahasiswa lembaga umum. rata-rata pendidikan dengan bahasa Rusia bahasa pelatihan / L.A.Isachenkova, G.V. Palchik, V.V.Dorofeychik. Minsk: Aversev, 2016, 2017.

Struktur pelajaran:

Momen organisasi (5 menit)

Memperbarui pengetahuan dasar (5 menit)

Mempelajari materi baru (15 menit)

Menit pendidikan jasmani (2 menit)

Konsolidasi pengetahuan (13 menit)

Ringkasan pelajaran (5 menit)

Waktu pengorganisasian

Halo, duduklah! (Memeriksa yang hadir).Hari ini dalam pelajaran kita harus memahami kecepatan gerak linier dengan percepatan konstan. Dan ini berarti ituTopik pelajaran : Kecepatan pada gerak lurus dengan percepatan tetap

Memperbarui pengetahuan referensi

Gerakan tidak rata yang paling sederhana - gerak lurus dengan percepatan tetap. Ini disebut variabel yang sama.

Bagaimana kecepatan suatu benda berubah selama gerak beraturan?

Mempelajari materi baru

Perhatikan pergerakan bola baja sepanjang saluran miring. Pengalaman menunjukkan bahwa percepatannya hampir konstan:

Membiarkan V momen waktu T = 0 bola memiliki kecepatan awal (Gbr. 83).

Bagaimana mencari ketergantungan kecepatan bola terhadap waktu?

Akselerasi bolaA = . Dalam contoh kitaΔt = T , Δ - . Cara,

, Di mana

Saat bergerak dengan percepatan konstan, kecepatan suatu benda bergantung secara linier waktu.

Dari persamaan ( 1 ) dan (2) rumus proyeksinya sebagai berikut:

Mari membuat grafik ketergantunganA X ( T ) Dan ay X ( T ) (beras. 84, a, b).

Beras. 84

Menurut Gambar 83A X = A > 0, = ay 0 > 0.

Kemudian ketergantungan A X ( T ) sesuai dengan jadwal1 (lihat Gambar 84, A). Inigaris lurus sejajar sumbu waktu. Ketergantunganay X ( T ) sesuai dengan jadwal, menggambarkan peningkatan proyeksisko tumbuh (lihat gambar. 84, B). Yang jelas, pertumbuhannya semakin meningkatmodulkecepatan. Bolanya bergerakdipercepat secara seragam.

Mari kita perhatikan contoh kedua (Gbr. 85). Sekarang kecepatan awal bola diarahkan ke atas sepanjang alur. Bergerak ke atas, bola secara bertahap akan kehilangan kecepatan. Pada intinyaA Dia padamomen akan berhenti danakan dimulaimeluncur ke bawah. TitikA ditelepontitik balik.

Berdasarkan menggambar 85 A X = - sebuah< 0, = ay 0 > 0, dan rumus (3) dan (4) cocok dengan grafisnya2 Dan 2" (cm. beras. 84, A , B).

Jadwal 2" menunjukkan bahwa pada awalnya, ketika bola bergerak ke atas, proyeksi kecepatanay X positif. Itu menurun pada saat yang bersamaanT= menjadi sama dengan nol. Saat ini bola telah mencapai titik balikA (lihat Gambar 85). Pada titik ini arah kecepatan bola berubah menjadi sebaliknya danT> proyeksi kecepatan menjadi negatif.

Dari grafik 2" (lihat Gambar 84, B) juga jelas bahwa sebelum momen rotasi, modulus kecepatan menurun - bola bergerak ke atas dengan kecepatan yang sama. PadaT > T N modulus kecepatan meningkat - bola bergerak ke bawah dengan percepatan yang seragam.

Buatlah grafik modulus kecepatan versus waktu Anda sendiri untuk kedua contoh.

Hukum gerak beraturan apa lagi yang perlu diketahui?

Dalam § 8 kami membuktikan bahwa untuk gerak lurus beraturan luas bangun di antara grafikay X dan sumbu waktu (lihat Gambar 57) secara numerik sama dengan proyeksi perpindahan ΔR X . Dapat dibuktikan bahwa aturan ini juga berlaku pada gerak tidak beraturan. Kemudian menurut Gambar 86, proyeksi perpindahan ΔR X dengan gerak bolak-balik beraturan ditentukan oleh luas trapesiumABCD . Luas ini sama dengan setengah jumlah alasnyatrapesium dikalikan dengan tingginyaIKLAN .

Sebagai akibat:

Karena nilai rata-rata proyeksi kecepatan rumus (5)

berikut:

Ketika berkendara Denganpercepatan konstan, hubungan (6) dipenuhi tidak hanya untuk proyeksi, tetapi juga untuk vektor kecepatan:

Kecepatan rata-rata suatu gerak dengan percepatan tetap sama dengan setengah jumlah kecepatan awal dan akhir.

Rumus (5), (6) dan (7) tidak dapat digunakanUntuk pergerakan Denganakselerasi yang tidak konsisten. Hal ini dapat menyebabkanKe kesalahan besar.

Konsolidasi pengetahuan

Mari kita lihat contoh penyelesaian masalah dari halaman 57:

Mobil itu bergerak dengan kecepatan modulus = 72. Melihat lampu lalu lintas berwarna merah, pengemudi berada di ruas jalan tersebutS= 50 m kecepatan dikurangi secara seragam menjadi = 18 . Tentukan sifat pergerakan mobil. Tentukan arah dan besar percepatan gerak mobil pada saat pengereman.

Diberikan: Reshe tion:

72 = 20 Pergerakan mobil itu lambat secara seragam. Usko-

mengemudi mobilarah berlawanan

18 = 5 kecepatan geraknya.

Modul akselerasi:

S= 50 m

Waktu pengereman:

A - ? Δ t =

Kemudian

Menjawab:

Ringkasan pelajaran

Ketika berkendara DenganDengan percepatan konstan, kecepatannya bergantung secara linier terhadap waktu.

Pada gerak dipercepat beraturan, arah kecepatan dan percepatan sesaat bertepatan; pada gerak lambat beraturan, arahnya berlawanan.

Kecepatan mengemudi rata-rataDenganpercepatan konstan sama dengan setengah jumlah kecepatan awal dan akhir.

Organisasi pekerjaan rumah

§ 12, mis. 7 No.1, 5

Cerminan.

Lanjutkan kalimatnya:

Hari ini di kelas aku belajar...

Itu menarik…

Ilmu yang saya peroleh dalam pelajaran ini semoga bermanfaat

Untuk gerak dipercepat beraturan, persamaan berikut ini valid, yang kami sajikan tanpa turunan:

Seperti yang Anda pahami, rumus vektor di sebelah kiri dan kedua rumus skalar di sebelah kanan adalah sama. Dari sudut pandang aljabar, rumus skalar berarti bahwa dengan gerak dipercepat beraturan, proyeksi perpindahan bergantung pada waktu menurut hukum kuadrat. Bandingkan ini dengan sifat proyeksi kecepatan sesaat (lihat § 12-h).

Mengetahui bahwa  sx = x – xo  and  sy = y – yo  (lihat § 12), dari dua rumus skalar di kolom kanan atas kita memperoleh persamaan koordinat:

Karena percepatan pada gerak dipercepat beraturan suatu benda adalah konstan, maka sumbu koordinat selalu dapat diposisikan sedemikian rupa sehingga vektor percepatan diarahkan sejajar dengan satu sumbu, misalnya sumbu Y. Oleh karena itu, persamaan gerak sepanjang sumbu X adalah terasa disederhanakan:

x  =  xo + υox t  + (0) dan y  =  yo + υoy t  + ½ ay t²

Harap dicatat bahwa persamaan kiri bertepatan dengan persamaan gerak lurus beraturan (lihat § 12-g). Artinya, gerak dipercepat beraturan dapat “tersusun” dari gerak beraturan sepanjang satu sumbu dan gerak dipercepat beraturan di sepanjang sumbu lainnya. Hal ini ditegaskan oleh pengalaman dengan inti di kapal pesiar (lihat § 12-b).

Tugas. Merentangkan tangannya, gadis itu melemparkan bola. Dia bangkit 80 cm dan segera jatuh di kaki gadis itu, terbang 180 cm. Berapa kecepatan bola dilempar dan berapa kecepatan bola saat menyentuh tanah?

Mari kita kuadratkan kedua ruas persamaan proyeksi kecepatan sesaat ke sumbu Y: υy = υoy + ay t (lihat § 12). Kami mendapatkan persamaan:

υy²  = ( υoy + ay t )²  = υoy² + 2 υoy ay t + ay² t²

Mari kita keluarkan faktor 2 ay dari tanda kurung hanya untuk dua suku sebelah kanan:

υy²  = υoy² + 2 ay ( υoy t + ½ ay t² )

Perhatikan bahwa dalam tanda kurung kita mendapatkan rumus untuk menghitung proyeksi perpindahan:  sy = υoy t + ½ ay t². Menggantinya dengan sy, kita mendapatkan:

Larutan. Mari kita membuat gambar: arahkan sumbu Y ke atas, dan letakkan titik asal koordinat di tanah dekat kaki gadis itu. Mari kita terapkan rumus yang kita peroleh untuk kuadrat proyeksi kecepatan, pertama-tama pada titik puncak naiknya bola:

0 = υoy² + 2·(–g)·(+h) ⇒ υoy = ±√¯2gh = +4 m/s

Lalu, ketika mulai bergerak dari titik atas ke bawah:

υy² = 0 + 2·(–g)·(–H) ⇒ υy = ±√¯2gh = –6 m/s

Jawaban: bola dilempar ke atas dengan kecepatan 4 m/s, dan pada saat mendarat mempunyai kecepatan 6 m/s berlawanan dengan sumbu Y.

Catatan. Kami harap Anda memahami bahwa rumus proyeksi kuadrat kecepatan sesaat akan benar dengan analogi sumbu X:

Jika pergerakannya satu dimensi, artinya hanya terjadi sepanjang satu sumbu, Anda dapat menggunakan salah satu dari dua rumus dalam kerangka tersebut.

Kinematika adalah studi tentang gerak mekanik klasik dalam fisika. Berbeda dengan dinamika, sains mempelajari mengapa benda bergerak. Dia menjawab pertanyaan tentang bagaimana mereka melakukannya. Pada artikel kali ini kita akan membahas apa itu percepatan dan gerak dengan percepatan konstan.

Konsep percepatan

Ketika suatu benda bergerak di ruang angkasa, dalam jangka waktu tertentu ia menempuh lintasan tertentu, yaitu panjang lintasan tersebut. Untuk menghitung jalur ini, kami menggunakan konsep kecepatan dan percepatan.

Kecepatan sebagai besaran fisika mencirikan kecepatan perubahan jarak yang ditempuh terhadap waktu. Kecepatan diarahkan secara tangensial terhadap lintasan searah gerak benda.

Akselerasi adalah besaran yang sedikit lebih kompleks. Singkatnya, ini menggambarkan perubahan kecepatan pada suatu titik waktu tertentu. Matematikanya terlihat seperti ini:

Untuk memahami rumus ini lebih jelas, mari kita berikan contoh sederhana: misalkan dalam 1 detik gerak, kecepatan benda bertambah 1 m/s. Angka-angka ini, disubstitusikan ke dalam persamaan di atas, menghasilkan hasil: percepatan benda selama sekon ini sama dengan 1 m/s 2 .

Arah percepatan tidak bergantung sepenuhnya pada arah kecepatan. Vektornya bertepatan dengan vektor gaya yang dihasilkan yang menyebabkan percepatan ini.

Hal penting yang perlu diperhatikan dalam definisi percepatan di atas. Nilai ini tidak hanya mencirikan perubahan kecepatan, besarnya, tetapi juga arah. Fakta terakhir harus diperhitungkan dalam kasus gerak lengkung. Artikel selanjutnya hanya akan membahas gerak lurus.

Kecepatan saat bergerak dengan percepatan konstan

Percepatan adalah konstan jika besar dan arahnya dipertahankan selama pergerakan. Gerakan seperti itu disebut dipercepat secara seragam atau diperlambat secara seragam - semuanya tergantung pada apakah percepatan menyebabkan peningkatan kecepatan atau penurunan kecepatan.

Dalam kasus benda yang bergerak dengan percepatan konstan, kecepatannya dapat ditentukan dengan menggunakan salah satu rumus berikut:

Dua persamaan pertama mencirikan gerak dipercepat beraturan. Perbedaan di antara keduanya adalah bahwa persamaan kedua dapat diterapkan untuk kasus kecepatan awal yang bukan nol.

Persamaan ketiga merupakan ekspresi kecepatan gerak lambat beraturan dengan percepatan konstan. Akselerasi diarahkan melawan kecepatan.

Grafik ketiga fungsi v(t) berupa garis lurus. Dalam dua kasus pertama, garis lurus mempunyai kemiringan positif terhadap sumbu x; dalam kasus ketiga, kemiringannya negatif.

Rumus jarak yang ditempuh

Untuk suatu lintasan dalam hal gerak dengan percepatan konstan (percepatan a = konstan), tidak sulit untuk mendapatkan rumus jika Anda menghitung integral kecepatan terhadap waktu. Setelah melakukan operasi matematika ini untuk ketiga persamaan yang ditulis di atas, kita memperoleh ekspresi berikut untuk jalur L:

L = v 0 *t + a*t 2 /2;

L = v 0 *t - a*t 2 /2.

Grafik ketiga fungsi jalur terhadap waktu adalah parabola. Dalam dua kasus pertama, cabang kanan parabola bertambah, dan untuk fungsi ketiga secara bertahap mencapai konstanta tertentu, yang sesuai dengan jarak yang ditempuh hingga benda berhenti sepenuhnya.

Solusi dari masalah tersebut

Bergerak dengan kecepatan 30 km/jam, mobil mulai berakselerasi. Dalam 30 detik ia menempuh jarak 600 meter. Berapakah percepatan mobil tersebut?

Pertama-tama, mari kita ubah kecepatan awal dari km/jam ke m/s:

v 0 = 30 km/jam = 30000/3600 = 8,333 m/s.

Sekarang mari kita tulis persamaan geraknya:

L = v 0 *t + a*t 2 /2.

Dari persamaan ini kita nyatakan percepatannya, kita peroleh:

a = 2*(L - v 0 *t)/t 2 .

Semua besaran fisis dalam persamaan ini diketahui dari kondisi permasalahan. Kami menggantinya ke dalam rumus dan mendapatkan jawabannya: a ≈ 0,78 m/s 2 . Jadi, ketika bergerak dengan percepatan konstan, mobil meningkatkan kecepatannya sebesar 0,78 m/s setiap detik.

Mari kita hitung juga (untuk bersenang-senang) berapa kecepatan yang diperolehnya setelah 30 detik gerakan dipercepat, kita dapatkan:

v = v 0 + a*t = 8,333 + 0,78*30 = 31,733 m/s.

Kecepatan yang dihasilkan adalah 114,2 km/jam.

Gerak lurus dengan percepatan tetap disebut percepatan beraturan jika modulus kecepatannya bertambah terhadap waktu, atau diperlambat beraturan jika modulus kecepatannya berkurang.

Contoh gerak dipercepat adalah pot bunga yang jatuh dari balkon sebuah gedung rendah. Pada awal musim gugur, kecepatan pot adalah nol, tetapi dalam beberapa detik kecepatannya berhasil meningkat hingga puluhan m/s. Contoh gerak lambat adalah gerak batu yang dilempar vertikal ke atas, yang mula-mula kecepatannya tinggi, tetapi kemudian berangsur-angsur berkurang menjadi nol pada titik puncak lintasan. Jika kita mengabaikan gaya hambatan udara, maka percepatan pada kedua kasus tersebut akan sama dan sama dengan percepatan jatuh bebas, yang selalu berarah vertikal ke bawah, dilambangkan dengan huruf g dan sama dengan kira-kira 9,8 m/s2 .

Percepatan gravitasi, g, disebabkan oleh gaya gravitasi bumi. Gaya ini mempercepat semua benda yang bergerak menuju bumi dan memperlambat benda yang menjauhinya.

di mana v adalah kecepatan benda pada waktu t, dari mana, setelah transformasi sederhana, kita peroleh persamaan untuk kecepatan saat bergerak dengan percepatan konstan: v = v0 + at

8. Persamaan gerak dengan percepatan konstan.

Untuk mencari persamaan kecepatan pada gerak linier dengan percepatan konstan, kita asumsikan bahwa pada waktu t=0 benda mempunyai kecepatan awal v0. Karena percepatan a konstan, persamaan berikut berlaku untuk setiap waktu t:

di mana v adalah kecepatan benda pada waktu t, dari mana, setelah transformasi sederhana, kita memperoleh persamaan kecepatan ketika bergerak dengan percepatan konstan: v = v0 + at

Untuk menurunkan persamaan lintasan yang ditempuh selama gerak lurus dengan percepatan konstan, pertama-tama kita buat grafik kecepatan versus waktu (5.1). Untuk a>0, grafik ketergantungan ini ditunjukkan di sebelah kiri pada Gambar 5 (garis lurus biru). Seperti yang kita tentukan di §3, pergerakan yang dilakukan selama waktu t dapat ditentukan dengan menghitung luas area di bawah kurva kecepatan versus waktu antara momen t=0 dan t. Dalam kasus kita, gambar di bawah kurva, dibatasi oleh dua garis vertikal t = 0 dan t, adalah trapesium OABC, yang luasnya S, seperti diketahui, sama dengan hasil kali setengah jumlah panjangnya. dari basa OA dan CB dan tinggi OC:

Seperti terlihat pada Gambar 5, OA = v0, CB = v0 + at, dan OC = t. Substitusikan nilai-nilai ini ke dalam (5.2), kita peroleh persamaan perpindahan S berikut yang dilakukan dalam waktu t selama gerak lurus dengan percepatan konstan a pada kecepatan awal v0:

Mudah untuk menunjukkan bahwa rumus (5.3) berlaku tidak hanya untuk gerak dengan percepatan a>0, yang merupakan turunannya, tetapi juga dalam kasus ketika a<0. На рис.5 справа красными линиями показаны графики зависимости S при положительных (верх) и отрицательных (низ) значениях a, построенные по формуле (5.3) для различных величин v0. Видно, что в отличие от равномерного движения (см. рис. 3), график зависимости перемещения от времени является параболой, а не прямой, показанной для сравнения пунктирной линией.

9. Benda jatuh bebas. Gerak dengan percepatan konstan karena gravitasi.

Benda jatuh bebas adalah jatuhnya benda ke bumi tanpa adanya hambatan udara (dalam ruang hampa)

Percepatan jatuhnya benda ke bumi disebut percepatan gravitasi. Vektor percepatan jatuh bebas ditunjukkan dengan simbol yang arahnya vertikal ke bawah. Di berbagai titik di bumi, bergantung pada garis lintang geografis dan ketinggian di atas permukaan laut, nilai numerik g tidaklah sama, bervariasi dari sekitar 9,83 m/s2 di kutub hingga 9,78 m/s2 di ekuator. Di garis lintang Moskow g = 9,81523 m/s2. Biasanya, jika perhitungan tidak memerlukan ketelitian yang tinggi, maka nilai numerik g di permukaan bumi diambil sama dengan 9,8 m/s2 atau bahkan 10 m/s2.

Contoh sederhana jatuh bebas adalah benda jatuh dari ketinggian tertentu h tanpa kecepatan awal. Jatuh bebas adalah gerak linier dengan percepatan tetap.

Jatuh bebas yang ideal hanya mungkin terjadi dalam ruang hampa, di mana tidak ada hambatan udara, dan terlepas dari massa, kepadatan, dan bentuknya, semua benda jatuh dengan sama cepatnya, yaitu. pada setiap saat benda memiliki kecepatan dan percepatan sesaat yang sama.

Semua rumus gerak dipercepat beraturan berlaku untuk benda yang jatuh bebas.

Besarnya kecepatan suatu benda pada saat jatuh bebas pada suatu waktu :

gerakan tubuh:

Dalam hal ini, alih-alih percepatan a, percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2 dimasukkan ke dalam rumus gerak dipercepat beraturan.

10. Pergerakan tubuh. GERAK MAJU BADAN KAKU

Gerak translasi benda tegar adalah gerak yang setiap garis lurus yang selalu berhubungan dengan benda bergerak sejajar dengan dirinya sendiri. Untuk melakukan ini, cukup dua garis tidak sejajar yang terhubung ke benda bergerak sejajar satu sama lain. Selama gerak translasi, semua titik pada benda menggambarkan lintasan yang identik dan sejajar serta memiliki kecepatan dan percepatan yang sama pada waktu tertentu. Jadi, gerak translasi suatu benda ditentukan oleh pergerakan salah satu titik O.

Dalam kasus umum, gerak translasi terjadi dalam ruang tiga dimensi, namun ciri utamanya - menjaga paralelisme segmen mana pun dengan dirinya sendiri - tetap berlaku.

Misalnya, sebuah gerbong lift bergerak maju. Selain itu, pada perkiraan pertama, kabin bianglala membuat gerakan translasi. Namun, tegasnya, pergerakan kabin bianglala tidak bisa dianggap progresif. Jika suatu benda bergerak secara translasi, maka untuk menggambarkan gerakannya cukup dengan menggambarkan pergerakan suatu titik sembarang (misalnya, pergerakan pusat massa benda).

Jika benda-benda yang membentuk sistem mekanik tertutup berinteraksi satu sama lain hanya melalui gaya gravitasi dan elastisitas, maka kerja gaya-gaya tersebut sama dengan perubahan energi potensial benda, diambil dengan tanda sebaliknya: A = –(E hal2 – E hal1).

Menurut teorema energi kinetik, usaha ini sama dengan perubahan energi kinetik suatu benda

Karena itu

Atau E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2.

Jumlah energi kinetik dan potensial benda-benda yang membentuk sistem tertutup dan berinteraksi satu sama lain melalui gaya gravitasi dan elastis tetap tidak berubah.

Pernyataan ini mengungkapkan hukum kekekalan energi dalam proses mekanis. Ini adalah konsekuensi dari hukum Newton. Jumlah E = E k + E p disebut energi mekanik total. Hukum kekekalan energi mekanik dipenuhi hanya jika benda-benda dalam sistem tertutup berinteraksi satu sama lain melalui gaya konservatif, yaitu gaya yang dapat memperkenalkan konsep energi potensial.

Energi mekanik suatu sistem benda tertutup tidak berubah jika hanya gaya konservatif yang bekerja di antara benda-benda tersebut. Gaya konservatif adalah gaya yang usahanya sepanjang lintasan tertutup sama dengan nol. Gravitasi adalah salah satu kekuatan konservatif.

Dalam kondisi nyata, benda yang bergerak hampir selalu ditindaklanjuti, bersama dengan gaya gravitasi, gaya elastis, dan gaya konservatif lainnya, oleh gaya gesekan atau gaya resistensi lingkungan.

Gaya gesekan tidak konservatif. Usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan bergantung pada panjang lintasan.

Jika gaya gesekan bekerja antara benda-benda yang membentuk sistem tertutup, maka energi mekanik tidak kekal. Sebagian energi mekanik diubah menjadi energi internal benda (pemanasan).

Selama interaksi fisik apa pun, energi tidak muncul atau hilang. Itu hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Salah satu akibat dari hukum kekekalan dan transformasi energi adalah pernyataan tentang ketidakmungkinan menciptakan “mesin gerak abadi” (perpetuum mobile) – mesin yang dapat melakukan kerja tanpa batas waktu tanpa menghabiskan energi.

Sejarah menyimpan sejumlah besar proyek “gerakan abadi”. Di beberapa di antaranya, kesalahan “penemu” terlihat jelas, di beberapa lainnya, kesalahan ini ditutupi oleh desain perangkat yang rumit, dan bisa sangat sulit untuk memahami mengapa mesin ini tidak berfungsi. Upaya sia-sia untuk menciptakan “mesin gerak abadi” terus berlanjut di zaman kita. Semua upaya ini pasti akan gagal, karena hukum kekekalan dan transformasi energi “melarang” memperoleh kerja tanpa mengeluarkan energi.

31. Prinsip dasar teori kinetika molekuler dan pembenarannya.

Semua benda terdiri dari molekul, atom, dan partikel elementer yang dipisahkan oleh ruang, bergerak secara acak dan berinteraksi satu sama lain.

Kinematika dan dinamika membantu kita mendeskripsikan pergerakan suatu benda dan menentukan gaya yang menyebabkan pergerakan tersebut. Namun, seorang mekanik tidak bisa menjawab banyak pertanyaan. Misalnya, tubuh terbuat dari apa? Mengapa banyak zat yang jika dipanaskan lalu menguap menjadi cair? Dan secara umum, apa itu suhu dan kalor?

Filsuf Yunani kuno Democritus mencoba menjawab pertanyaan serupa 25 abad lalu. Tanpa melakukan eksperimen apa pun, ia sampai pada kesimpulan bahwa benda bagi kita hanya tampak padat, namun sebenarnya terdiri dari partikel-partikel kecil yang dipisahkan oleh kekosongan. Mengingat partikel-partikel tersebut tidak mungkin dihancurkan, Democritus menyebutnya atom, yang dalam bahasa Yunani berarti tidak dapat dibagi-bagi. Dia juga berpendapat bahwa atom bisa berbeda dan terus bergerak, tetapi kita tidak melihatnya karena mereka sangat kecil.

M.V. memberikan kontribusi besar bagi pengembangan teori kinetika molekuler. Lomonosov. Lomonosov adalah orang pertama yang menyatakan bahwa panas mencerminkan pergerakan atom dalam suatu benda. Selain itu, ia memperkenalkan konsep zat sederhana dan kompleks, yang molekulnya masing-masing terdiri dari atom identik dan berbeda.

Fisika molekuler atau teori kinetik molekuler didasarkan pada gagasan tertentu tentang struktur materi

Jadi, menurut teori atom tentang struktur materi, partikel terkecil suatu zat yang mempertahankan semua sifat kimianya adalah molekul. Bahkan molekul besar, yang terdiri dari ribuan atom, berukuran sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan mikroskop cahaya. Berbagai percobaan dan perhitungan teoritis menunjukkan bahwa ukuran atom adalah sekitar 10 -10 m.Ukuran suatu molekul bergantung pada berapa banyak atom yang dikandungnya dan bagaimana letaknya relatif satu sama lain.

Teori kinetika molekul adalah ilmu yang mempelajari struktur dan sifat-sifat materi berdasarkan gagasan keberadaan atom dan molekul sebagai partikel terkecil zat kimia.

Teori kinetik molekul didasarkan pada tiga prinsip utama:

1. Semua zat - cair, padat dan gas - terbentuk dari partikel terkecil - molekul, yang terdiri dari atom ("molekul unsur"). Molekul suatu zat kimia bisa sederhana atau kompleks, yaitu. terdiri dari satu atau lebih atom. Molekul dan atom adalah partikel yang netral secara listrik. Dalam kondisi tertentu, molekul dan atom dapat memperoleh muatan listrik tambahan dan menjadi ion positif atau negatif.

2. Atom dan molekul terus menerus bergerak kacau.

3. Partikel berinteraksi satu sama lain melalui gaya yang bersifat listrik. Interaksi gravitasi antar partikel dapat diabaikan.

Konfirmasi eksperimental yang paling mencolok dari gagasan teori kinetik molekuler tentang gerak acak atom dan molekul adalah gerak Brown. Ini adalah pergerakan termal partikel mikroskopis kecil yang tersuspensi dalam cairan atau gas. Ditemukan oleh ahli botani Inggris R. Brown pada tahun 1827. Partikel Brown bergerak di bawah pengaruh pengaruh molekul secara acak. Karena pergerakan termal molekul yang kacau, dampak-dampak ini tidak pernah seimbang satu sama lain. Akibatnya, kecepatan partikel Brown berubah secara acak dalam besaran dan arah, dan lintasannya berbentuk kurva zigzag yang kompleks.

Pergerakan kacau yang konstan dari molekul suatu zat juga dimanifestasikan dalam fenomena lain yang mudah diamati - difusi. Difusi adalah fenomena penetrasi dua atau lebih zat yang saling bersentuhan satu sama lain. Prosesnya terjadi paling cepat pada gas.

Pergerakan molekul yang acak dan kacau disebut gerak termal. Energi kinetik gerak termal meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.

Mol adalah jumlah zat yang mengandung jumlah partikel (molekul) yang sama dengan jumlah atom dalam 0,012 kg karbon 12 C. Molekul karbon terdiri dari satu atom.

32. Massa molekul, massa molekul relatif suatu molekul. 33. Massa molar molekul. 34. Jumlah zat. 35. Konstanta Avogadro.

Dalam teori kinetika molekul, jumlah materi dianggap sebanding dengan jumlah partikel. Satuan besaran suatu zat disebut mol (mol).

Mol adalah jumlah zat yang mengandung jumlah partikel (molekul) yang sama dengan jumlah atom dalam 0,012 kg (12 g) karbon 12 C. Sebuah molekul karbon terdiri dari satu atom.

Satu mol suatu zat mengandung sejumlah molekul atau atom yang sama dengan konstanta Avogadro.

Jadi, satu mol zat apa pun mengandung jumlah partikel (molekul) yang sama. Bilangan ini disebut konstanta Avogadro N A: N A = 6,02·10 23 mol –1.

Konstanta Avogadro adalah salah satu konstanta terpenting dalam teori kinetik molekul.

Banyaknya zat ν didefinisikan sebagai perbandingan jumlah N partikel (molekul) suatu zat terhadap konstanta Avogadro N A:

Massa molar, M, adalah perbandingan massa m suatu sampel suatu zat dengan jumlah n zat yang terkandung di dalamnya:

yang secara numerik sama dengan massa suatu zat yang diambil dalam jumlah satu mol. Massa molar dalam sistem SI dinyatakan dalam kg/mol.

Jadi, massa molekul atau atom relatif suatu zat adalah perbandingan massa molekul dan atomnya dengan 1/12 massa atom karbon.

36. Gerak Brown.

Banyak fenomena alam yang menunjukkan kekacauan pergerakan mikropartikel, molekul, dan atom suatu materi. Semakin tinggi suhu suatu zat, semakin kuat gerakannya. Oleh karena itu, panas suatu benda merupakan cerminan dari pergerakan acak molekul dan atom penyusunnya.

Bukti bahwa semua atom dan molekul suatu zat berada dalam gerak konstan dan acak dapat berupa difusi – interpenetrasi partikel suatu zat ke zat lain.

Dengan demikian, baunya cepat menyebar ke seluruh ruangan meski tidak ada pergerakan udara. Setetes tinta dengan cepat mengubah seluruh gelas air menjadi hitam seragam.

Difusi juga dapat dideteksi pada padatan jika ditekan rapat dan dibiarkan dalam waktu lama. Fenomena difusi menunjukkan bahwa mikropartikel suatu zat mampu bergerak secara spontan ke segala arah. Pergerakan mikropartikel suatu zat, serta molekul dan atomnya, disebut gerakan termal.

GERAK BROWNIAN - pergerakan acak partikel-partikel kecil yang tersuspensi dalam cairan atau gas, yang terjadi di bawah pengaruh molekul lingkungan; ditemukan oleh R.Brown pada tahun 1827

Pengamatan menunjukkan bahwa gerak Brown tidak pernah berhenti. Dalam setetes air (jika tidak dibiarkan mengering), pergerakan butiran dapat diamati selama berhari-hari, berbulan-bulan, bertahun-tahun. Ia tidak berhenti baik di musim panas maupun musim dingin, baik siang maupun malam.

Alasan gerak Brown terletak pada pergerakan molekul-molekul cairan yang terus menerus dan tidak pernah berakhir, di mana butiran-butiran zat padat berada. Tentu saja, butiran-butiran ini jauh lebih besar daripada molekulnya sendiri, dan ketika kita melihat pergerakan butiran di bawah mikroskop, kita tidak boleh mengira bahwa kita sedang melihat pergerakan molekul itu sendiri. Molekul tidak dapat dilihat dengan mikroskop biasa, tetapi kita dapat menilai keberadaan dan pergerakannya berdasarkan dampak yang ditimbulkannya, mendorong butiran benda padat dan menyebabkannya bergerak.

Penemuan gerak Brown sangat penting untuk mempelajari struktur materi. Hal ini menunjukkan bahwa benda memang terdiri dari partikel individu - molekul dan molekul berada dalam gerakan acak yang terus menerus.

Penjelasan tentang gerak Brown baru diberikan pada kuartal terakhir abad ke-19, ketika menjadi jelas bagi banyak ilmuwan bahwa gerak partikel Brown disebabkan oleh tumbukan acak molekul medium (cair atau gas) yang mengalami gerak termal. Rata-rata, molekul-molekul medium membenturkan partikel Brown dari segala arah dengan kekuatan yang sama, namun tumbukan ini tidak pernah benar-benar menghilangkan satu sama lain, dan akibatnya, kecepatan partikel Brown bervariasi secara acak dalam besaran dan arah. Oleh karena itu, partikel Brown bergerak secara zigzag. Selain itu, semakin kecil ukuran dan massa partikel Brown, semakin terlihat pergerakannya.

Dengan demikian, analisis gerak Brown meletakkan dasar bagi teori kinetik molekuler modern tentang struktur materi.

37. Kekuatan interaksi antar molekul. 38. Struktur zat gas. 39. Struktur zat cair. 40. Struktur benda padat.

Jarak antara molekul dan gaya yang bekerja di antara mereka menentukan sifat-sifat benda gas, cair, dan padat.

Kita terbiasa dengan kenyataan bahwa cairan dapat dituangkan dari satu bejana ke bejana lain, dan gas dengan cepat mengisi seluruh volume yang disediakan untuknya. Air hanya bisa mengalir di sepanjang dasar sungai, dan udara di atasnya tidak mengenal batas.

Terdapat gaya tarik menarik antarmolekul antara semua molekul, yang besarnya berkurang dengan sangat cepat ketika molekul-molekul menjauh satu sama lain, dan oleh karena itu pada jarak yang sama dengan beberapa diameter molekul, mereka tidak berinteraksi sama sekali.

Jadi, gaya tarik menarik bekerja antara molekul-molekul cairan yang terletak hampir berdekatan satu sama lain, mencegah molekul-molekul ini berhamburan ke arah yang berbeda. Sebaliknya, gaya tarik-menarik yang tidak signifikan antara molekul-molekul gas tidak mampu menyatukannya, dan oleh karena itu gas dapat memuai, mengisi seluruh volume yang disediakan untuknya. Adanya gaya tarik menarik antarmolekul dapat dibuktikan dengan melakukan percobaan sederhana - menekan dua batang timah satu sama lain. Jika permukaan kontak cukup halus, batang akan saling menempel dan sulit dipisahkan.

Namun, gaya tarik menarik antarmolekul saja tidak dapat menjelaskan seluruh perbedaan antara sifat-sifat zat gas, cair, dan padat. Mengapa, misalnya, sangat sulit untuk memperkecil volume suatu zat cair atau padat, namun relatif mudah untuk mengompres balon? Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa tidak hanya terdapat gaya tarik menarik antar molekul, tetapi juga gaya tolak menolak antarmolekul, yang terjadi ketika kulit elektron atom molekul tetangga mulai tumpang tindih. Gaya tolak menolak inilah yang mencegah satu molekul menembus volume yang sudah ditempati oleh molekul lain.

Ketika tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda cair atau padat, jarak antara molekul-molekulnya sedemikian rupa sehingga resultan gaya tarik-menarik dan tolak-menolak adalah nol. Jika Anda mencoba mengurangi volume suatu benda, jarak antar molekul berkurang, dan peningkatan gaya tolak menolak mulai bekerja dari sisi benda yang terkompresi. Sebaliknya, ketika suatu benda diregangkan, gaya elastis yang timbul berhubungan dengan peningkatan gaya tarik-menarik yang relatif, karena Ketika molekul-molekul menjauh satu sama lain, gaya tolak-menolak turun jauh lebih cepat dibandingkan gaya tarik-menarik.

Molekul gas terletak pada jarak yang puluhan kali lebih besar dari ukurannya, akibatnya molekul-molekul ini tidak berinteraksi satu sama lain, dan oleh karena itu gas jauh lebih mudah dikompresi daripada cairan dan padatan. Gas tidak memiliki struktur tertentu dan merupakan kumpulan molekul yang bergerak dan bertabrakan.

Cairan adalah kumpulan molekul-molekul yang letaknya hampir berdekatan satu sama lain. Gerakan termal memungkinkan molekul cairan berpindah dari waktu ke waktu, melompat dari satu tempat ke tempat lain. Ini menjelaskan fluiditas cairan.

Atom dan molekul padatan tidak mempunyai kemampuan untuk mengubah tetangganya, dan gerakan termalnya hanyalah fluktuasi kecil relatif terhadap posisi atom atau molekul tetangganya. Interaksi antar atom dapat mengarah pada fakta bahwa suatu benda padat menjadi kristal, dan atom-atom di dalamnya menempati posisi di lokasi kisi kristal. Karena molekul benda padat tidak bergerak relatif terhadap molekul tetangganya, benda tersebut mempertahankan bentuknya.

41. Gas ideal dalam teori kinetik molekul.

Gas ideal adalah model gas yang dijernihkan dimana interaksi antar molekul diabaikan. Kekuatan interaksi antar molekul cukup kompleks. Pada jarak yang sangat dekat, ketika molekul-molekul saling berdekatan, gaya tolak menolak yang besar akan bekerja di antara molekul-molekul tersebut. Pada jarak yang jauh atau menengah antar molekul, gaya tarik menarik yang relatif lemah bekerja. Jika jarak antar molekul rata-rata besar, seperti yang diamati pada gas yang cukup dijernihkan, maka interaksi tersebut memanifestasikan dirinya dalam bentuk tumbukan molekul yang relatif jarang satu sama lain ketika mereka terbang berdekatan. Dalam gas ideal, interaksi molekul diabaikan sepenuhnya.

42. Tekanan gas dalam teori kinetika molekuler.

Gas ideal adalah model gas yang dijernihkan dimana interaksi antar molekul diabaikan.

Tekanan gas ideal sebanding dengan hasil kali konsentrasi molekul dan energi kinetik rata-ratanya.

Gas mengelilingi kita dari semua sisi. Ke mana pun di bumi, bahkan di bawah air, kita membawa sebagian atmosfer, yang lapisan bawahnya terkompresi di bawah pengaruh gravitasi dari lapisan atas. Oleh karena itu, dengan mengukur tekanan atmosfer kita dapat menilai apa yang terjadi jauh di atas kita dan memprediksi cuaca.

43. Nilai rata-rata kuadrat kecepatan molekul gas ideal.

44. Penurunan persamaan dasar teori kinetik molekul gas. 45. Penurunan rumus yang menghubungkan tekanan dan energi kinetik rata-rata molekul gas.

Tekanan p pada luas permukaan tertentu adalah rasio gaya F yang bekerja tegak lurus permukaan tersebut dengan luas S pada luas tertentu

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2.

Mari kita cari gaya F yang bekerja pada molekul bermassa m0 pada permukaan tempat molekul tersebut memantul. Ketika dipantulkan dari suatu permukaan selama periode waktu Dt, komponen kecepatan molekul yang tegak lurus permukaan tersebut, vy, berubah berbanding terbalik (-vy). Oleh karena itu, ketika dipantulkan dari permukaan, molekul memperoleh momentum sebesar 2m0vy, dan oleh karena itu, menurut hukum ketiga Newton, 2m0vy = FDt, yang mana:

Rumus (22.2) memungkinkan untuk menghitung gaya yang menekan satu molekul gas pada dinding bejana selama interval Dt. Untuk menentukan gaya rata-rata tekanan gas, misalnya dalam satu detik, perlu dicari berapa banyak molekul yang akan dipantulkan per detik dari luas permukaan S, dan juga perlu diketahui kelajuan rata-rata vy. molekul yang bergerak ke arah permukaan tertentu.

Misalkan terdapat n molekul per satuan volume gas. Mari kita sederhanakan tugas kita dengan mengasumsikan bahwa semua molekul gas bergerak dengan kecepatan yang sama, v. Dalam hal ini, 1/3 dari semua molekul bergerak sepanjang sumbu Ox, dan jumlah yang sama bergerak sepanjang sumbu Oy dan Oz (lihat Gambar 22c). Biarkan separuh molekul yang bergerak sepanjang sumbu Oy bergerak menuju dinding C, dan sisanya - ke arah yang berlawanan. Maka, tentu saja, jumlah molekul per satuan volume yang bergegas menuju dinding C adalah n/6.

Sekarang mari kita cari jumlah molekul yang menumbuk permukaan seluas S (diarsir pada Gambar 22c) dalam satu detik. Jelasnya, dalam 1 s molekul-molekul yang bergerak ke arahnya dan berada pada jarak tidak lebih dari v akan mempunyai waktu untuk mencapai dinding. Oleh karena itu, 1/6 dari semua molekul yang terletak di paralelepiped persegi panjang yang disorot pada Gambar. akan mengenai area permukaan ini. 22c, yang panjangnya v, dan luas permukaan ujungnya adalah S. Karena volume paralelepiped ini adalah Sv, maka jumlah total N molekul yang mengenai suatu bagian permukaan dinding dalam 1 s akan sama dengan :

Dengan menggunakan (22.2) dan (22.3), kita dapat menghitung impuls yang, dalam 1 s, diberikan pada molekul gas suatu bagian dari permukaan dinding dengan luas S. Impuls ini secara numerik akan sama dengan gaya tekanan gas, F:

dari sini, dengan menggunakan (22.1), kita memperoleh ekspresi berikut yang menghubungkan tekanan gas dan energi kinetik rata-rata dari gerak translasi molekul-molekulnya:

dimana E CP adalah energi kinetik rata-rata molekul gas ideal. Rumus (22.4) disebut persamaan dasar teori kinetika molekul gas.

46. ​​​​Kesetimbangan termal. 47. Suhu. Perubahan suhu. 48. Alat untuk mengukur suhu.

Kesetimbangan termal antar benda hanya mungkin terjadi jika suhunya sama.

Dengan menyentuh suatu benda dengan tangan kita, kita dapat dengan mudah menentukan apakah benda itu hangat atau dingin. Jika suhu suatu benda lebih rendah dari suhu tangan, maka benda tersebut tampak dingin, dan sebaliknya, benda tersebut tampak hangat. Jika Anda memegang koin dingin di tangan Anda, kehangatan tangan akan mulai memanaskan koin tersebut, dan setelah beberapa waktu suhunya akan menjadi sama dengan suhu tangan, atau, seperti yang mereka katakan, kesetimbangan termal akan terjadi. Oleh karena itu, suhu mencirikan keadaan kesetimbangan termal suatu sistem yang terdiri dari dua benda atau lebih yang memiliki suhu yang sama.

Suhu, bersama dengan volume dan tekanan gas, merupakan parameter makroskopis. Termometer digunakan untuk mengukur suhu. Beberapa dari mereka mencatat perubahan volume cairan ketika dipanaskan, yang lain mencatat perubahan hambatan listrik, dll. Yang paling umum adalah skala suhu Celsius, dinamai menurut fisikawan Swedia A. Celsius. Untuk memperoleh skala suhu Celcius termometer cair, terlebih dahulu direndam dalam es yang mencair dan dicatat posisi ujung kolomnya, kemudian dalam air mendidih. Ruas antara kedua posisi kolom ini dibagi menjadi 100 bagian yang sama, dengan asumsi suhu pencairan es adalah nol derajat Celcius (o C), dan suhu air mendidih adalah 100 o C.

49. Energi kinetik rata-rata molekul gas pada kesetimbangan termal.

Persamaan dasar teori kinetik molekul (22.4) menghubungkan tekanan gas, konsentrasi molekul dan energi kinetik rata-ratanya. Namun, energi kinetik rata-rata molekul biasanya tidak diketahui, meskipun hasil banyak percobaan menunjukkan bahwa kecepatan molekul meningkat seiring dengan meningkatnya suhu (lihat, misalnya, gerak Brown di §20). Ketergantungan energi kinetik rata-rata molekul gas terhadap suhunya dapat diperoleh dari hukum yang ditemukan oleh fisikawan Perancis J. Charles pada tahun 1787.

50. Gas dalam keadaan kesetimbangan termal (jelaskan percobaannya).

51. Suhu mutlak. 52. Skala suhu absolut. 53. Suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata suatu molekul.

Ketergantungan energi kinetik rata-rata molekul gas terhadap suhunya dapat diperoleh dari hukum yang ditemukan oleh fisikawan Perancis J. Charles pada tahun 1787.

Menurut hukum Charles, jika volume suatu gas bermassa tertentu tidak berubah, tekanannya pt bergantung secara linier pada suhu t:

dimana t adalah suhu gas yang diukur dalam o C, dan p 0 adalah tekanan gas pada suhu 0 o C (lihat Gambar 23b). Jadi, dari hukum Charles dapat disimpulkan bahwa tekanan gas yang menempati volume konstan sebanding dengan jumlah (t + 273 o C). Sebaliknya, dari (22.4) dapat disimpulkan bahwa jika konsentrasi molekulnya konstan, yaitu. volume yang ditempati gas tidak berubah, maka tekanan gas harus sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekulnya. Artinya energi kinetik rata-rata, E SR molekul gas, sebanding dengan nilai (t + 273 o C):

dimana b adalah koefisien konstan, yang nilainya akan kita tentukan nanti. Dari (23.2) dapat disimpulkan bahwa energi kinetik rata-rata molekul akan menjadi nol pada -273 o C. Berdasarkan hal ini, ilmuwan Inggris W. Kelvin pada tahun 1848 mengusulkan penggunaan skala suhu absolut, suhu nol yang sesuai hingga -273 o C, dan setiap derajat suhu akan sama dengan satu derajat pada skala Celcius. Jadi, suhu absolut, T, berhubungan dengan suhu, t, yang diukur dalam Celcius, sebagai berikut:

Satuan SI untuk suhu absolut adalah Kelvin (K).

Dengan memperhatikan (23.3), persamaan (23.2) diubah menjadi:

mensubstitusikan yang ke (22.4), kita memperoleh yang berikut:

Untuk menghilangkan pecahan di (23.5), kita ganti 2b/3 dengan k, dan sebagai ganti (23.4) dan (23.5) kita mendapatkan dua persamaan yang sangat penting:

dimana k adalah konstanta Boltzmann, dinamai menurut L. Boltzmann. Eksperimen menunjukkan bahwa k=1.38.10 -23 J/K. Jadi, tekanan gas dan energi kinetik rata-rata molekulnya sebanding dengan suhu absolutnya.

54. Ketergantungan tekanan gas pada konsentrasi molekul dan suhunya.

Dalam kebanyakan kasus, ketika gas berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain, semua parameternya berubah - suhu, volume dan tekanan. Hal ini terjadi ketika gas dikompresi di bawah piston dalam silinder mesin pembakaran internal, menyebabkan suhu dan tekanan gas meningkat serta volumenya menurun. Namun pada beberapa kasus, perubahan salah satu parameter gas relatif kecil atau bahkan tidak ada sama sekali. Proses seperti itu, di mana salah satu dari tiga parameter - suhu, tekanan atau volume tetap tidak berubah, disebut isoproses, dan hukum yang menjelaskannya disebut hukum gas.

55. Mengukur kecepatan molekul gas. 56. Eksperimen keras.

Pertama-tama, mari kita perjelas apa yang dimaksud dengan kecepatan molekul. Ingatlah bahwa karena seringnya tumbukan, kecepatan setiap molekul berubah sepanjang waktu: molekul terkadang bergerak cepat, terkadang lambat, dan untuk beberapa waktu (misalnya, satu detik) kecepatan molekul memperoleh banyak nilai yang berbeda. . Di sisi lain, setiap saat dalam sejumlah besar molekul yang menyusun volume gas yang dipertimbangkan, terdapat molekul-molekul dengan kecepatan yang sangat berbeda. Jelasnya, untuk mengkarakterisasi keadaan gas, kita harus membicarakan tentang kecepatan rata-rata. Kita dapat berasumsi bahwa ini adalah nilai rata-rata kecepatan salah satu molekul dalam jangka waktu yang cukup lama, atau ini adalah nilai rata-rata kecepatan semua molekul gas dalam volume tertentu pada suatu saat.

Ada berbagai cara untuk menentukan kecepatan pergerakan molekul. Salah satu yang paling sederhana adalah metode yang diterapkan pada tahun 1920 dalam eksperimen Stern.

Beras. 390. Ketika ruang di bawah kaca A diisi dengan hidrogen; kemudian muncul gelembung-gelembung dari ujung corong yang ditutup oleh bejana B yang berpori

Untuk memahaminya, perhatikan analogi berikut. Saat menembak sasaran yang bergerak, untuk mengenainya, Anda harus membidik suatu titik di depan sasaran tersebut. Jika Anda membidik suatu sasaran, maka peluru akan mengenai di belakang sasaran. Penyimpangan lokasi tumbukan dari sasaran akan semakin besar semakin cepat sasaran bergerak dan semakin rendah kecepatan peluru.

Eksperimen Otto Stern (1888–1969) dikhususkan untuk konfirmasi eksperimental dan visualisasi distribusi kecepatan molekul gas. Ini adalah eksperimen indah lainnya yang memungkinkan untuk “menggambar” grafik distribusi ini pada pengaturan eksperimental. Instalasi Stern terdiri dari dua silinder berongga berputar dengan sumbu yang bertepatan (lihat gambar di sebelah kanan; silinder besar tidak ditarik seluruhnya). Di dalam silinder bagian dalam, benang perak 1 direntangkan langsung di sepanjang porosnya, yang melaluinya arus dialirkan, yang menyebabkan pemanasannya, peleburan sebagian, dan selanjutnya penguapan atom perak dari permukaannya. Akibatnya, silinder bagian dalam, yang awalnya berisi ruang hampa, secara bertahap diisi dengan gas perak dengan konsentrasi rendah. Pada silinder bagian dalam, seperti terlihat pada gambar, dibuat celah tipis 2, sehingga sebagian besar atom perak, yang mencapai silinder, menetap di atasnya. Sebagian kecil atom melewati celah tersebut dan jatuh ke dalam silinder luar, di mana ruang hampa tetap terjaga. Di sini atom-atom ini tidak lagi bertabrakan dengan atom-atom lain dan karena itu bergerak dalam arah radial dengan kecepatan konstan, mencapai silinder luar setelah beberapa waktu berbanding terbalik dengan kecepatan ini:

dimana adalah jari-jari silinder dalam dan luar, dan merupakan komponen radial dari kecepatan partikel. Akibatnya, seiring berjalannya waktu, lapisan lapisan perak muncul di silinder luar 3. Dalam kasus silinder dalam keadaan diam, lapisan ini berbentuk strip yang terletak tepat di seberang slot pada silinder bagian dalam. Tetapi jika silinder-silinder tersebut berputar dengan kecepatan sudut yang sama, maka pada saat molekul mencapai silinder terluar, silinder tersebut telah bergeser sejauh tertentu.

dibandingkan dengan titik yang berhadapan langsung dengan celah (yaitu titik di mana partikel mengendap pada silinder stasioner).

57. Penurunan persamaan keadaan gas ideal (persamaan Mendeleev-Clayperon)

Gas seringkali merupakan reaktan dan produk dalam reaksi kimia. Tidak selalu mungkin untuk membuat mereka bereaksi satu sama lain dalam kondisi normal. Oleh karena itu, Anda perlu mempelajari cara menentukan jumlah mol gas dalam kondisi selain normal.

Untuk melakukannya, gunakan persamaan keadaan gas ideal (juga disebut persamaan Clapeyron-Mendeleev): PV = nRT

dimana n adalah jumlah mol gas;

P – tekanan gas (misalnya, dalam atm;

V – volume gas (dalam liter);

T – suhu gas (dalam kelvin);

R – konstanta gas (0,0821 l atm/mol K).

Saya menemukan turunan dari persamaan tersebut, tetapi ini sangat rumit. Kami masih harus mencarinya.

58. Proses isotermal.

Proses isotermal adalah perubahan wujud gas yang suhunya tetap. Contoh dari proses tersebut adalah menggembungkan ban mobil dengan udara. Namun, proses seperti itu dapat dianggap isotermal jika kita membandingkan keadaan udara sebelum masuk ke pompa dengan keadaan di dalam ban setelah suhu ban dan udara di sekitarnya menjadi sama. Setiap proses lambat yang terjadi dengan sejumlah kecil gas yang dikelilingi oleh sejumlah besar gas, cair atau padat yang memiliki suhu konstan dapat dianggap isotermal.

Dalam proses isotermal, hasil kali tekanan suatu massa gas dan volumenya adalah nilai konstan. Hukum ini, yang disebut hukum Boyle-Mariotte, ditemukan oleh ilmuwan Inggris R. Boyle dan fisikawan Perancis E. Mariotte dan ditulis sebagai berikut:

Temukan contohnya!

59. Proses isobarik.

Proses isobarik adalah perubahan wujud gas yang terjadi pada tekanan konstan.

Dalam proses isobarik, perbandingan volume suatu massa gas terhadap suhunya adalah konstan. Kesimpulan ini, yang disebut hukum Gay-Lussac untuk menghormati ilmuwan Perancis J. Gay-Lussac, dapat ditulis sebagai:

Salah satu contoh proses isobarik adalah pemuaian gelembung kecil udara dan karbon dioksida yang terkandung dalam adonan saat dimasukkan ke dalam oven. Tekanan udara di dalam dan di luar oven sama, dan suhu di dalam oven kira-kira 50% lebih tinggi dibandingkan di luar. Menurut hukum Gay-Lussac, volume gelembung gas dalam adonan juga meningkat sebesar 50% sehingga membuat kue menjadi lapang.

60. Proses isokhorik.

Suatu proses di mana keadaan gas berubah, tetapi volumenya tetap tidak berubah disebut isokhorik. Dari persamaan Mendeleev-Clapeyron dapat disimpulkan bahwa untuk gas yang menempati volume konstan, rasio tekanan terhadap suhu juga harus konstan:

Temukan contohnya!

61. Penguapan dan kondensasi.

Uap adalah gas yang terbentuk dari molekul yang mempunyai energi kinetik yang cukup untuk keluar dari cairan.

Kita terbiasa dengan kenyataan bahwa air dan uapnya dapat berubah menjadi satu sama lain. Genangan air di aspal mengering setelah hujan, dan uap air di udara seringkali berubah menjadi tetesan kecil kabut di pagi hari. Semua cairan memiliki kemampuan untuk berubah menjadi uap - menjadi gas. Proses perubahan zat cair menjadi uap disebut penguapan. Pembentukan zat cair dari uapnya disebut kondensasi.

Teori kinetika molekuler menjelaskan proses penguapan sebagai berikut. Diketahui (lihat §21) bahwa gaya tarik menarik bekerja antara molekul-molekul cairan, mencegahnya menjauh satu sama lain, dan energi kinetik rata-rata molekul-molekul cairan tidak cukup untuk mengatasi gaya adhesi di antara mereka. Namun, pada waktu tertentu, molekul cairan yang berbeda mempunyai energi kinetik yang berbeda, dan energi beberapa molekul bisa beberapa kali lebih tinggi dari nilai rata-ratanya. Molekul berenergi tinggi ini memiliki kecepatan gerak yang jauh lebih tinggi sehingga dapat mengatasi gaya tarik menarik molekul tetangganya dan terbang keluar dari cairan, sehingga membentuk uap di atas permukaannya (lihat Gambar 26a).

Molekul-molekul yang membentuk uap yang meninggalkan cairan bergerak secara acak, saling bertabrakan dengan cara yang sama seperti yang terjadi pada molekul gas selama gerakan termal. Pada saat yang sama, pergerakan kacau beberapa molekul uap dapat membawanya begitu jauh dari permukaan cairan sehingga tidak pernah kembali lagi ke sana. Tentu saja, angin juga berkontribusi terhadap hal ini. Sebaliknya, pergerakan acak molekul lain dapat mengarahkannya kembali ke cairan, yang menjelaskan proses kondensasi uap.

Hanya molekul dengan energi kinetik jauh lebih tinggi dari rata-rata yang dapat terbang keluar dari cairan, yang berarti bahwa selama penguapan, energi rata-rata molekul cairan yang tersisa berkurang. Dan karena energi kinetik rata-rata molekul cairan, seperti gas (lihat 23.6), sebanding dengan suhu, maka selama penguapan suhu cairan menurun. Itu sebabnya kita menjadi dingin segera setelah kita meninggalkan air, ditutupi dengan lapisan tipis cairan, yang segera menguap dan mendingin.

62. Uap jenuh. Tekanan uap jenuh.

Apa yang terjadi jika bejana berisi cairan dengan volume tertentu ditutup dengan penutup (Gbr. 26b)? Setiap detik, molekul tercepat akan terus meninggalkan permukaan cairan, massanya akan berkurang, dan konsentrasi molekul uap akan meningkat. Pada saat yang sama, beberapa molekulnya akan kembali menjadi cairan dari uap, dan semakin besar konsentrasi uap, semakin intensif pula proses kondensasi ini. Akhirnya, konsentrasi uap di atas cairan akan menjadi sangat tinggi sehingga jumlah molekul yang kembali ke cairan per satuan waktu akan sama dengan jumlah molekul yang meninggalkannya. Keadaan ini disebut kesetimbangan dinamis, dan uap yang bersesuaian disebut uap jenuh. Konsentrasi molekul uap di atas cairan tidak boleh lebih besar dari konsentrasinya di uap jenuh. Jika konsentrasi molekul uap lebih kecil dari konsentrasi uap jenuh, maka uap tersebut disebut tak jenuh.

Molekul uap yang bergerak menciptakan tekanan, yang besarnya, seperti pada gas, sebanding dengan produk konsentrasi molekul-molekul ini dan suhu. Oleh karena itu, pada suhu tertentu, semakin tinggi konsentrasi uap, semakin besar tekanan yang diberikannya. Tekanan uap jenuh tergantung pada jenis cairan dan suhu. Semakin sulit memisahkan molekul-molekul suatu cairan, semakin rendah tekanan uap jenuhnya. Jadi, tekanan uap jenuh air pada suhu 20 o C adalah sekitar 2 kPa, dan tekanan uap jenuh merkuri pada suhu 20 o C hanya 0,2 Pa.

Kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan bergantung pada konsentrasi uap air (kelembaban) atmosfer yang sangat bervariasi tergantung tempat dan waktu dalam setahun. Biasanya, uap air di sekitar kita tidak jenuh. Kelembaban relatif adalah perbandingan tekanan uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu yang sama, dinyatakan dalam persentase. Salah satu alat untuk mengukur kelembaban udara adalah psikrometer yang terdiri dari dua buah termometer sejenis yang salah satunya dibungkus dengan kain lembab.

63. Ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu.

Uap adalah gas yang dibentuk oleh molekul-molekul suatu cairan yang menguap, dan oleh karena itu persamaan (23.7) berlaku untuk itu, menghubungkan tekanan uap, p, konsentrasi molekul di dalamnya, n dan suhu absolut, T:

Dari (27.1) dapat disimpulkan bahwa tekanan uap jenuhnya harus meningkat secara linier dengan meningkatnya suhu, seperti halnya gas ideal dalam proses isokhorik (lihat §25). Namun, pengukuran telah menunjukkan bahwa tekanan uap jenuh meningkat seiring suhu jauh lebih cepat dibandingkan tekanan gas ideal (lihat Gambar 27a). Hal ini terjadi karena fakta bahwa dengan meningkatnya suhu, dan oleh karena itu energi kinetik rata-rata, semakin banyak molekul cair yang meninggalkannya, sehingga meningkatkan konsentrasi n uap di atasnya. Dan karena menurut (27.1) tekanan sebanding dengan n, maka peningkatan konsentrasi uap ini menjelaskan peningkatan lebih cepat tekanan uap jenuh dengan suhu dibandingkan dengan gas ideal. Peningkatan tekanan uap jenuh seiring dengan suhu menjelaskan fakta yang diketahui bahwa ketika dipanaskan, cairan menguap lebih cepat. Perhatikan bahwa segera setelah kenaikan suhu menyebabkan cairan menguap sepenuhnya, uapnya akan menjadi tak jenuh.

Ketika cairan di setiap gelembung dipanaskan, proses penguapan semakin cepat dan tekanan uap jenuhnya meningkat. Gelembung-gelembung itu mengembang dan, di bawah pengaruh gaya apung Archimedes, terlepas dari dasar, melayang ke atas dan meledak di permukaan. Dalam hal ini, uap yang mengisi gelembung terbawa ke atmosfer.

Semakin rendah tekanan atmosfer, semakin rendah suhu titik didih cairan tersebut (lihat Gambar 27c). Jadi, di puncak Gunung Elbrus yang tekanan udaranya setengah dari normal, air biasa mendidih bukan pada suhu 100 o C, melainkan pada suhu 82 o C. Sebaliknya, jika perlu menaikkan titik didih zat cair. , kemudian dipanaskan pada tekanan yang meningkat. Hal ini misalnya menjadi dasar pengoperasian pressure cooker, dimana makanan yang mengandung air dapat dimasak pada suhu lebih dari 100 o C tanpa direbus.

64. Mendidih.

Mendidih adalah proses penguapan intensif yang terjadi di seluruh volume cairan dan di permukaannya. Suatu cairan mulai mendidih ketika tekanan uap jenuhnya mendekati tekanan di dalam cairan.

Mendidih adalah terbentuknya sejumlah besar gelembung uap yang mengapung dan pecah pada permukaan suatu zat cair bila dipanaskan. Faktanya, gelembung-gelembung ini selalu ada di dalam cairan, tetapi ukurannya bertambah dan hanya terlihat saat mendidih. Salah satu alasan mengapa selalu ada gelembung mikro dalam suatu cairan adalah sebagai berikut. Cairan, ketika dituangkan ke dalam bejana, menggantikan udara dari sana, tetapi tidak dapat melakukannya sepenuhnya, dan gelembung-gelembung kecilnya tetap berada di celah mikro dan ketidakteraturan pada permukaan bagian dalam bejana. Selain itu, cairan biasanya mengandung gelembung mikro uap dan udara yang menempel pada partikel debu kecil.

Ketika cairan di setiap gelembung dipanaskan, proses penguapan semakin cepat dan tekanan uap jenuhnya meningkat. Gelembung-gelembung itu mengembang dan, di bawah pengaruh gaya apung Archimedes, terlepas dari dasar, melayang ke atas dan meledak di permukaan. Dalam hal ini, uap yang mengisi gelembung terbawa ke atmosfer. Oleh karena itu, pendidihan disebut penguapan, yang terjadi di seluruh volume cairan. Pendidihan dimulai pada suhu ketika gelembung gas dapat mengembang, dan ini terjadi jika tekanan uap jenuhnya melebihi tekanan atmosfer. Jadi, titik didih adalah suhu di mana tekanan uap jenuh suatu cairan sama dengan tekanan atmosfer. Saat cairan mendidih, suhunya tetap konstan.

Proses perebusan tidak mungkin terjadi tanpa partisipasi gaya apung Archimedean. Oleh karena itu, di stasiun luar angkasa dalam kondisi tanpa bobot tidak terjadi titik didih, dan pemanasan air hanya menyebabkan peningkatan ukuran gelembung uap dan penggabungannya menjadi satu gelembung uap besar di dalam bejana berisi air.

65. Suhu kritis.

Ada juga yang namanya suhu kritis, jika suatu gas berada pada suhu di atas suhu kritis (individu untuk setiap gas, misalnya untuk karbon dioksida sekitar 304 K), maka ia tidak dapat lagi berubah menjadi cair, apa pun yang terjadi. tekanan diterapkan padanya. Fenomena ini terjadi karena pada suhu kritis gaya tegangan permukaan zat cair sama dengan nol.

Tabel 23. Suhu kritis dan tekanan kritis beberapa zat

Apa yang ditunjukkan oleh adanya suhu kritis? Apa yang terjadi pada suhu yang lebih tinggi?

Pengalaman menunjukkan bahwa pada suhu yang lebih tinggi dari suhu kritis, suatu zat hanya dapat berbentuk gas.

Keberadaan suhu kritis pertama kali ditunjukkan pada tahun 1860 oleh Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Setelah ditemukannya suhu kritis, menjadi jelas mengapa gas seperti oksigen atau hidrogen tidak dapat diubah menjadi cair dalam waktu yang lama. Temperatur kritisnya sangat rendah (Tabel 23). Untuk mengubah gas-gas ini menjadi cair, gas-gas tersebut harus didinginkan di bawah suhu kritis. Tanpa hal ini, segala upaya untuk mencairkannya akan menemui kegagalan.

66. Tekanan parsial. Kelembaban relatif. 67. Alat untuk mengukur kelembaban relatif udara.

Kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan bergantung pada konsentrasi uap air (kelembaban) atmosfer yang sangat bervariasi tergantung tempat dan waktu dalam setahun. Biasanya, uap air di sekitar kita tidak jenuh. Kelembaban relatif adalah perbandingan tekanan uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu yang sama, yang dinyatakan dalam persentase. Salah satu alat untuk mengukur kelembaban udara adalah psikrometer yang terdiri dari dua buah termometer sejenis yang salah satunya dibungkus dengan kain lembab, bila kelembaban udara kurang dari 100% maka air dari kain tersebut akan menguap dan termometer B akan menguap. sejuk, menunjukkan suhu lebih rendah dari A. Dan semakin rendah kelembaban udara, semakin besar perbedaan, Dt, antara pembacaan termometer A dan B. Dengan menggunakan tabel psikrometri khusus, kelembaban udara dapat ditentukan dari perbedaan suhu tersebut.

Tekanan parsial adalah tekanan gas tertentu yang termasuk dalam suatu campuran gas, yang akan diberikan oleh gas tersebut pada dinding wadah yang menampungnya jika gas tersebut sendiri menempati seluruh volume campuran pada suhu campuran.

Tekanan parsial tidak diukur secara langsung, namun diperkirakan berdasarkan tekanan total dan komposisi campuran.

Gas-gas yang terlarut dalam air atau jaringan tubuh juga memberikan tekanan karena molekul-molekul gas yang terlarut bergerak secara acak dan mempunyai energi kinetik. Jika gas yang dilarutkan dalam cairan menyentuh suatu permukaan, misalnya membran sel, gas tersebut akan memberikan tekanan parsial dengan cara yang sama seperti gas dalam campuran gas.

Tekanan tekanan tidak dapat diukur secara langsung, melainkan dihitung berdasarkan tekanan total dan komposisi campuran.

Faktor yang menentukan besarnya tekanan parsial suatu gas yang terlarut dalam suatu zat cair. Tekanan parsial suatu gas dalam suatu larutan tidak hanya ditentukan oleh konsentrasinya, tetapi juga oleh koefisien kelarutannya, yaitu. Beberapa jenis molekul, seperti karbon dioksida, secara fisik atau kimia terikat pada molekul air, sementara yang lain menolak. Hubungan ini disebut hukum Henry dan dinyatakan dengan rumus berikut: Tekanan parsial = Konsentrasi gas terlarut / Koefisien kelarutan.

68. Ketegangan permukaan.

Ciri paling menarik dari zat cair adalah adanya permukaan bebas. Cairan, tidak seperti gas, tidak memenuhi seluruh volume wadah tempat ia dituangkan. Antarmuka terbentuk antara cairan dan gas (atau uap), yang berada dalam kondisi khusus dibandingkan dengan cairan lainnya. Molekul-molekul pada lapisan batas suatu cairan, tidak seperti molekul-molekul pada kedalamannya, tidak dikelilingi oleh molekul-molekul lain dari cairan yang sama di semua sisinya. Gaya interaksi antarmolekul yang bekerja pada salah satu molekul di dalam cairan dari molekul tetangga rata-rata saling mengimbangi. Setiap molekul di lapisan batas ditarik oleh molekul yang terletak di dalam cairan (gaya yang bekerja pada molekul cairan tertentu dari molekul gas (atau uap) dapat diabaikan). Akibatnya, gaya resultan tertentu muncul, diarahkan jauh ke dalam cairan. Molekul permukaan ditarik ke dalam cairan oleh gaya tarik-menarik antarmolekul. Namun semua molekul, termasuk molekul lapisan batas, harus berada dalam keadaan setimbang. Kesetimbangan ini dicapai dengan sedikit mengurangi jarak antara molekul-molekul lapisan permukaan dan tetangga terdekatnya di dalam cairan. Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 3.1.2, ketika jarak antar molekul berkurang, timbul gaya tolak menolak. Jika jarak rata-rata antar molekul di dalam cairan sama dengan r0, maka molekul-molekul di lapisan permukaan tersusun lebih padat, dan oleh karena itu mereka memiliki suplai energi potensial tambahan dibandingkan dengan molekul internal (lihat Gambar 3.1.2) . Perlu diingat bahwa karena kompresibilitasnya yang sangat rendah, keberadaan lapisan permukaan yang lebih padat tidak menyebabkan perubahan nyata pada volume cairan. Jika suatu molekul berpindah dari permukaan ke dalam cairan, gaya interaksi antarmolekul akan melakukan kerja positif. Sebaliknya, untuk menarik sejumlah molekul dari kedalaman cairan ke permukaan (yaitu, menambah luas permukaan cairan), gaya luar harus melakukan kerja positif ΔAext, sebanding dengan perubahan ΔS dari luas permukaan: ΔAext = σΔS.

Koefisien σ disebut koefisien tegangan permukaan (σ > 0). Jadi, koefisien tegangan permukaan sama dengan usaha yang diperlukan untuk menambah luas permukaan zat cair pada suhu konstan sebesar satu satuan.

Dalam SI, koefisien tegangan permukaan diukur dalam joule per meter persegi (J/m2) atau dalam newton per meter (1 N/m = 1 J/m2).

Dari ilmu mekanika diketahui bahwa keadaan setimbang suatu sistem berhubungan dengan nilai minimum energi potensialnya. Oleh karena itu, permukaan bebas zat cair cenderung memperkecil luasnya. Oleh karena itu, setetes cairan bebas berbentuk bola. Zat cair berperilaku seolah-olah gaya yang bekerja secara tangensial terhadap permukaannya sedang berkontraksi (menarik) permukaan tersebut. Gaya-gaya ini disebut gaya tegangan permukaan.

Adanya gaya tegangan permukaan membuat permukaan cairan tampak seperti film elastis yang diregangkan, dengan satu-satunya perbedaan bahwa gaya elastis dalam film bergantung pada luas permukaannya (yaitu, pada bagaimana film tersebut berubah bentuk), dan tegangan permukaan. gaya tidak bergantung pada luas permukaan zat cair.

Beberapa cairan, seperti air sabun, mempunyai kemampuan membentuk lapisan tipis. Gelembung sabun yang terkenal memiliki bentuk bola yang teratur - ini juga menunjukkan pengaruh gaya tegangan permukaan. Jika Anda menurunkan rangka kawat, yang salah satu sisinya dapat digerakkan, ke dalam larutan sabun, maka seluruh rangka akan tertutup lapisan cairan.

69. Membasahi.

Semua orang tahu bahwa jika Anda meletakkan setetes cairan pada permukaan datar, cairan itu akan menyebar ke permukaan tersebut atau berbentuk bulat. Selain itu, ukuran dan konveksitas (nilai yang disebut sudut kontak) dari tetesan air ditentukan oleh seberapa baik tetesan tersebut membasahi permukaan tertentu. Fenomena pembasahan dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika molekul-molekul zat cair lebih tertarik satu sama lain daripada molekul zat padat, zat cair cenderung membentuk tetesan.

Sudut kontak lancip terjadi pada permukaan yang dapat dibasahi (liofilik), sedangkan sudut kontak tumpul terjadi pada permukaan yang tidak dapat dibasahi (liofilik).

Beginilah perilaku merkuri pada kaca, air pada parafin, atau pada permukaan “berminyak”. Sebaliknya, jika molekul-molekul zat cair tertarik satu sama lain dengan kekuatan yang lebih kecil dibandingkan dengan molekul zat padat, zat cair tersebut “ditekan” ke permukaan dan menyebar ke atasnya. Hal ini terjadi dengan setetes air raksa pada pelat seng atau dengan setetes air pada kaca bersih. Dalam kasus pertama, mereka mengatakan bahwa cairan tidak membasahi permukaan (sudut kontak lebih besar dari 90°), dan dalam kasus kedua, cairan tersebut membasahinya (sudut kontak kurang dari 90°).

Pelumas anti air inilah yang membantu banyak hewan terhindar dari kelembapan berlebihan. Misalnya, penelitian terhadap hewan dan burung laut - anjing laut berbulu, anjing laut, penguin, loon - menunjukkan bahwa bulu halus dan bulu mereka memiliki sifat hidrofobik, sedangkan bulu pelindung hewan dan bagian atas kontur bulu burung dibasahi dengan baik. melalui air. Akibatnya, tercipta lapisan udara antara tubuh hewan dan air, yang memainkan peran penting dalam termoregulasi dan isolasi termal.

Namun pelumasan bukanlah segalanya. Struktur permukaan juga memainkan peran penting dalam fenomena pembasahan. Medan yang kasar, bergelombang, atau berpori dapat meningkatkan tingkat pembasahan. Mari kita ingat, misalnya, spons dan handuk terry, yang menyerap air dengan sempurna. Namun jika permukaan pada awalnya “takut” terhadap air, maka relief yang berkembang hanya akan memperburuk situasi: tetesan air akan terkumpul di tepian dan menggelinding ke bawah.

70. Fenomena kapiler.

Fenomena kapiler adalah naik turunnya zat cair dalam tabung berdiameter kecil – kapiler. Cairan yang dapat membasahi naik melalui kapiler, sedangkan cairan yang tidak dapat membasahi turun.

Pada Gambar. Gambar 3.5.6 menunjukkan sebuah tabung kapiler dengan radius tertentu r, diturunkan pada ujung bawahnya ke dalam cairan pembasah dengan massa jenis ρ. Ujung atas kapiler terbuka. Kenaikan zat cair dalam kapiler terus berlanjut sampai gaya gravitasi yang bekerja pada kolom zat cair di kapiler sama besarnya dengan gaya tegangan permukaan Fн yang dihasilkan yang bekerja sepanjang batas kontak zat cair dengan permukaan kapiler: Fт = Fн, dimana Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Ini menyiratkan:

Gambar 3.5.6.

Munculnya cairan pembasah di kapiler.

Dengan pembasahan sempurna θ = 0, cos θ = 1. Dalam hal ini

Dengan θ = 180° yang tidak basah sepenuhnya, cos θ = –1 dan, oleh karena itu, h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Air hampir seluruhnya membasahi permukaan kaca yang bersih. Sebaliknya merkuri tidak sepenuhnya membasahi permukaan kaca. Oleh karena itu, kadar merkuri dalam kapiler kaca turun di bawah kadar dalam bejana.

71. Benda kristal dan sifat-sifatnya.

Berbeda dengan zat cair, benda padat tidak hanya mempertahankan volumenya, tetapi juga bentuknya dan memiliki kekuatan yang cukup besar.

Variasi padatan yang ditemui dapat dibagi menjadi dua kelompok yang sifatnya berbeda secara signifikan: kristal dan amorf.

Sifat dasar benda kristal

1. Benda kristal mempunyai suhu leleh tertentu, yang tidak berubah selama proses peleburan pada tekanan konstan (Gbr. 1, kurva 1).

2. Benda kristal dicirikan oleh adanya kisi kristal spasial, yaitu susunan molekul, atom, atau ion yang teratur, yang berulang di seluruh volume benda (urutan jarak jauh). Setiap kisi kristal dicirikan oleh keberadaan elemen strukturnya, pengulangan berulang-ulang di ruang angkasa dapat menghasilkan kristal utuh. Ini adalah kristal tunggal. Polikristal terdiri dari banyak kristal tunggal yang sangat kecil yang menyatu, yang berorientasi secara acak dalam ruang.