ویژگی‌های فیزیکی مواد؛ درسنامه‌ای جامع درباره فیزیکی‌ها!

تا حالا به این فکر کردی که چرا یک تکه آهن سفت و محکم است، ولی آب خیلی راحت شکل لیوان را می‌گیرد؟ چرا بوی قرمه‌سبزی از آشپزخانه به اتاق می‌رسد؟ چرا قطره‌های باران تقریباً گرد هستند؟ چطور یک کشتی چند هزار تنی روی آب می‌ماند، ولی یک میخ کوچک ته آب فرو می‌رود؟ چرا آب از پایین سد با فشار بیشتری بیرون می‌زند؟ یا مثلاً چرا وقتی سر شلنگ آب را کمی فشار می‌دهیم، آب با سرعت بیشتری جلو می‌رود؟

جواب همه این سؤال‌ها در فصل دوم کتاب فیزیک دهم، یعنی فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد پیدا می‌شود.

این فصل یکی از جذاب‌ترین بخش‌های آموزش فیزیک دهم است؛ چون تقریباً هر چیزی که یاد می‌گیریم، نمونه‌اش دوروبرمان دیده می‌شود. از چای صبحانه و زودپز گرفته تا سرنگ، قلیان، سد، زیردریایی، هواپیما، لوله‌کشی خانه و حتی بالارفتن آب در ساقه یک درخت!

در این درسنامه از سایت فیزیکدان قرار است همه قسمت‌های مهم فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد را با زبان ساده، خودمانی و همراه با مثال‌های زیاد یاد بگیریم. فرقی ندارد دانش‌آموز رشته ریاضی باشی یا تجربی؛ این مطلب می‌تواند مثل یک کلاس کامل آموزش فیزیک کنارت باشد.

ویژگی‌های فیزیکی مواد یعنی چه؟

قبل از هر چیزی باید ببینیم اصلاً وقتی می‌گوییم «ویژگی فیزیکی یک ماده»، منظورمان چیست.

هر ماده یک‌سری ویژگی دارد که با کمک آن‌ها می‌توانیم رفتار آن را بهتر بشناسیم. برای نمونه، آهن سفت است، آب روان است، هوا دیده نمی‌شود، روغن روی آب می‌ماند و جیوه چگالی زیادی دارد. این موارد، نمونه‌هایی از ویژگی‌های فیزیکی مواد هستند.

ویژگی فیزیکی، خصوصیتی است که برای دیدن یا اندازه گرفتن آن لازم نیست جنس ماده عوض شود.

برای مثال:

• وقتی جرم یک تکه طلا را اندازه می‌گیریم، طلا همچنان طلاست.
• وقتی حجم آب را اندازه می‌گیریم، آب به ماده دیگری تبدیل نمی‌شود.
• اگر چگالی روغن را پیدا کنیم، جنس روغن عوض نمی‌شود.
• وقتی آب یخ می‌زند، هنوز مولکول‌های آن همان مولکول‌های آب هستند.

اما اگر کاغذ را بسوزانیم، دیگر با یک تغییر فیزیکی ساده روبه‌رو نیستیم. کاغذ پس از سوختن به خاکستر، گاز و مواد دیگری تبدیل می‌شود. این تغییر را شیمیایی می‌نامیم.

در فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد فیزیک دهم بیشتر با حالت‌های ماده، نیروهای بین مولکولی، فشار در شاره‌ها، شناوری و حرکت شاره‌ها سروکار داریم.

۱. حالت‌های مختلف ماده

مواد اطراف ما معمولاً در یکی از حالت‌های زیر دیده می‌شوند:

1. جامد
2. مایع
3. گاز
4. پلاسما

سه حالت اول برای ما آشناترند. مثلاً یخ جامد است، آب مایع است و بخار آب در حالت گاز قرار دارد. پلاسما هم حالتی از ماده است که در دماهای خیلی زیاد به وجود می‌آید.

برای شناخت تفاوت این حالت‌ها، باید کمی با ذره‌های سازنده مواد آشنا شویم.

همه مواد از ذره‌های بسیار ریزی ساخته شده‌اند. این ذره‌ها ممکن است اتم، مولکول یا یون باشند. با چشم معمولی نمی‌توانیم آن‌ها را ببینیم، اما رفتارشان باعث می‌شود مواد مختلف ویژگی‌های متفاوتی داشته باشند.

جامدها چه ویژگی‌هایی دارند؟

در جامدها، ذره‌ها خیلی نزدیک هم هستند و نمی‌توانند آزادانه این‌طرف و آن‌طرف بروند. البته کاملاً بی‌حرکت هم نیستند؛ بلکه در جای خودشان کمی می‌لرزند.

یک سالن سینما را تصور کن که همه صندلی‌ها پر شده‌اند. هر نفر روی صندلی خودش نشسته و فقط می‌تواند کمی جابه‌جا شود. ذره‌های جامد هم تقریباً چنین وضعی دارند.

جامدها معمولاً:

• شکل معینی دارند.
• حجم معینی دارند.
• به‌راحتی فشرده نمی‌شوند.
• ذره‌هایشان خیلی نزدیک به هم است.
• در برابر تغییر شکل مقاومت می‌کنند.

میز، مداد، گوشی همراه، آجر، تکه یخ، قاشق و سنگ، همگی نمونه‌هایی از مواد جامد هستند.

البته همه جامدها به یک اندازه محکم نیستند. شیشه جامد است، ولی ممکن است با یک ضربه بشکند. خمیر بازی هم جامد به حساب می‌آید، اما خیلی راحت شکلش عوض می‌شود. پس جامد بودن همیشه به معنای سخت و نشکن بودن نیست.

جامد بلوری و جامد بی‌شکل

جامدها را می‌توان به دو گروه کلی تقسیم کرد:

جامدهای بلوری

در این مواد، ذره‌ها با نظم خاصی کنار هم قرار گرفته‌اند. نمک خوراکی، شکر، یخ و بیشتر فلزها ساختار بلوری دارند.

اگر یک دانه نمک را خیلی بزرگ کنیم، می‌بینیم ذره‌های آن کاملاً منظم کنار هم قرار گرفته‌اند؛ درست مثل موزاییک‌های کف حیاط که با یک الگوی مشخص چیده شده‌اند.

جامدهای بلوری معمولاً در یک دمای مشخص ذوب می‌شوند. مثلاً یخ خالص در فشار عادی، در دمای صفر درجه سلسیوس ذوب می‌شود.

جامدهای بی‌شکل

در جامدهای بی‌شکل، ذره‌ها نظم کامل و مشخصی ندارند. شیشه، پلاستیک و قیر نمونه‌هایی از این مواد هستند.

این مواد معمولاً مثل جامدهای بلوری یک‌دفعه و در یک دمای کاملاً مشخص ذوب نمی‌شوند. با بالارفتن دما، کم‌کم نرم‌تر می‌شوند.

برای مثال، قیر خیابان را در یک روز داغ تابستانی تصور کن. قیر ناگهان مایع نمی‌شود، بلکه به‌تدریج نرم می‌شود.

مایع‌ها چه ویژگی‌هایی دارند؟

در مایع‌ها، ذره‌ها همچنان نزدیک هم هستند، اما مثل جامدها به یک جای ثابت وابسته نیستند. آن‌ها می‌توانند روی هم بلغزند و جابه‌جا شوند.

به همین دلیل، مایع حجم مشخصی دارد، اما شکل مشخصی ندارد. شکل مایع به ظرف آن بستگی دارد.

اگر یک لیتر دوغ را داخل پارچ، بطری یا قابلمه بریزیم، حجم دوغ همان یک لیتر باقی می‌ماند، ولی شکل آن عوض می‌شود.

مایع‌ها معمولاً:

• حجم معینی دارند.
• شکل ظرف را می‌گیرند.
• روان هستند.
• به‌سختی فشرده می‌شوند.
• سطح آزاد آن‌ها در حالت آرام، افقی است.

آب، شیر، روغن، بنزین، گلاب، آب‌میوه و جیوه، نمونه‌هایی از مایع‌ها هستند.

شاید بپرسی چرا مایع‌ها به‌سختی فشرده می‌شوند. علت این است که ذره‌های مایع خیلی نزدیک به هم هستند و فضای خالی زیادی بین آن‌ها وجود ندارد.

گازها چه ویژگی‌هایی دارند؟

در گازها، فاصله ذره‌ها از هم خیلی بیشتر است. ذره‌های گاز با سرعت در جهت‌های مختلف حرکت می‌کنند و دائم با هم و با دیواره ظرف برخورد دارند.

گازها:

• شکل مشخصی ندارند.
• حجم مشخصی ندارند.
• تمام فضای ظرف را پر می‌کنند.
• به‌راحتی فشرده می‌شوند.
• چگالی کمتری نسبت به جامدها و مایع‌ها دارند.
• ذره‌هایشان فاصله زیادی از هم دارد.

هوای داخل اتاق نمونه خوبی از یک گاز است. هوا فقط گوشه اتاق جمع نمی‌شود؛ بلکه همه فضای اتاق را پر می‌کند.

وقتی با تلمبه، باد را وارد توپ یا دوچرخه می‌کنیم، مقدار زیادی هوا را در فضای کوچکی قرار می‌دهیم. این نشان می‌دهد گازها فشرده‌شدنی هستند.

چرا بوی غذا در خانه پخش می‌شود؟

فرض کن در آشپزخانه پیازداغ درست شده و تو در اتاق نشسته‌ای. چند لحظه بعد بوی آن به اتاقت می‌رسد.

ذره‌های بو همراه با مولکول‌های هوا در فضای خانه پخش می‌شوند. این ذره‌ها دائم در حال حرکت‌اند و از جایی که تعدادشان بیشتر است، به جاهایی می‌روند که تعدادشان کمتر است. به این اتفاق پخش می‌گوییم.

پخش در گازها سریع‌تر از مایع‌ها انجام می‌شود؛ چون فاصله ذره‌های گاز بیشتر است و ذره‌ها آزادی حرکت بیشتری دارند.

پلاسما چیست؟

اگر به یک گاز انرژی خیلی زیادی بدهیم، ممکن است الکترون‌ها از اتم‌ها جدا شوند. در این حالت، مخلوطی از ذره‌های باردار به وجود می‌آید که به آن پلاسما می‌گوییم.

خورشید و بیشتر ستاره‌ها از پلاسما ساخته شده‌اند. رعدوبرق و بخش روشن بعضی تابلوهای نئون هم نمونه‌هایی از پلاسما هستند.

شاید پلاسما در زندگی روزانه به اندازه جامد، مایع و گاز دیده نشود، ولی بخش بسیار بزرگی از ماده موجود در جهان در حالت پلاسما قرار دارد.

۲. چرا ذره‌های یک ماده کنار هم می‌مانند؟

ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا ذره‌های یک تکه آهن از هم جدا نمی‌شوند یا چرا مولکول‌های آب کنار هم باقی می‌مانند.

بین ذره‌های مواد نیروهایی وجود دارد که به آن‌ها نیروهای بین مولکولی می‌گوییم. این نیروها در فاصله‌های معمولی باعث جذب ذره‌ها می‌شوند.

اگر ذره‌ها خیلی از هم دور شوند، نیروی بین آن‌ها بسیار کم می‌شود. اگر هم بیش از اندازه به هم نزدیک شوند، نیروی دافعه شدیدی به وجود می‌آید و اجازه نمی‌دهد ذره‌ها در هم فرو بروند.

می‌توانیم این موضوع را با دو آهن‌ربا مقایسه کنیم. البته نیروی بین مولکولی دقیقاً همان نیروی آهن‌ربایی نیست، ولی برای ساختن یک تصویر ذهنی کمک‌کننده است.

وقتی دو ذره در فاصله مناسبی قرار دارند، نیروی جاذبه کمک می‌کند کنار هم بمانند. اگر بخواهیم آن‌ها را خیلی به هم نزدیک کنیم، نیروی دافعه جلوی این کار را می‌گیرد.

چرا جامدها شکل مشخصی دارند؟

در جامدها، نیروی بین ذره‌ها نسبتاً قوی است. به همین دلیل ذره‌ها نمی‌توانند آزادانه جای خودشان را عوض کنند و فقط در اطراف محل خود می‌لرزند.

اما در مایع‌ها، ذره‌ها می‌توانند از کنار هم رد شوند. برای همین مایع جاری می‌شود و شکل ظرف را می‌گیرد.

در گازها هم فاصله ذره‌ها آن‌قدر زیاد است که نیروی بین آن‌ها در بیشتر وقت‌ها خیلی کم است.

۳. کشش سطحی؛ چرا سطح آب مثل یک پوسته نازک رفتار می‌کند؟

یکی از دیدنی‌ترین بخش‌های فصل دوم در آموزش فیزیک دهم ریاضی و فیزیک و آموزش فیزیک دهم علوم تجربی، بحث کشش سطحی است.

اگر یک سوزن را با دقت روی سطح آب بگذاری، ممکن است برای مدتی روی آب بماند؛ با اینکه چگالی سوزن از آب بیشتر است. یا اگر یک لیوان را تا نزدیکی لبه پر کنیم و بعد قطره‌قطره آب اضافه کنیم، سطح آب کمی بالاتر از لبه لیوان قرار می‌گیرد، بدون اینکه فوراً سرریز شود.

علت این اتفاق‌ها کشش سطحی است.

کشش سطحی چطور به وجود می‌آید؟

یک مولکول آب را در وسط ظرف در نظر بگیر. از همه طرف، مولکول‌های دیگری آن را می‌کشند. این کشش‌ها تقریباً اثر همدیگر را خنثی می‌کنند.

اما مولکولی که روی سطح آب قرار دارد، در بالای خودش مولکول‌های آب زیادی ندارد. در نتیجه بیشتر به سمت درون مایع کشیده می‌شود.

به همین دلیل سطح مایع تلاش می‌کند مساحت خودش را تا جای ممکن کم کند. سطح آب در این حالت کمی شبیه یک پرده کشیده یا پوسته نازک رفتار می‌کند.

چرا قطره آب گرد می‌شود؟

برای یک حجم مشخص، کره کمترین مساحت سطح را دارد. چون کشش سطحی می‌خواهد مساحت سطح مایع را کم کند، قطره‌های کوچک آب به شکل تقریباً کروی درمی‌آیند.

قطره‌های باران در مسیر سقوط به دلیل مقاومت هوا ممکن است کمی تغییر شکل دهند، اما قطره‌های خیلی کوچک تقریباً گرد هستند.

اگر روی برگ کلم یا برگ نیلوفر آب بریزی، قطره‌های گرد و زیبایی می‌بینی. سطح بعضی برگ‌ها طوری است که آب به‌خوبی به آن‌ها نمی‌چسبد؛ بنابراین آب خودش را جمع می‌کند و به شکل قطره درمی‌آید.

حشره چطور روی آب راه می‌رود؟

بعضی حشره‌ها پاهای سبک و ویژه‌ای دارند. وزن آن‌ها روی بخش نسبتاً بزرگی از سطح آب پخش می‌شود و کشش سطحی هم کمک می‌کند سطح آب پاره نشود. در نتیجه حشره می‌تواند روی آب حرکت کند.

اگر کمی مایع ظرف‌شویی به آب اضافه کنیم، کشش سطحی کم می‌شود و شرایط برای ماندن حشره روی سطح آب سخت‌تر خواهد شد.

۴. نیروی هم‌چسبی و دگرچسبی

برای فهم بهتر رفتار مایع‌ها باید دو نوع نیرو را بشناسیم:

• هم‌چسبی: نیروی کشش میان مولکول‌های هم‌جنس
• دگرچسبی: نیروی کشش میان مولکول‌های غیرهم‌جنس

مثلاً نیروی بین دو مولکول آب از نوع هم‌چسبی است. نیروی میان مولکول آب و شیشه هم دگرچسبی به حساب می‌آید.

اگر دگرچسبی بین مایع و ظرف از هم‌چسبی مایع قوی‌تر باشد، مایع ظرف را خیس می‌کند. آب روی شیشه نمونه خوبی از این حالت است.

اما اگر هم‌چسبی قوی‌تر باشد، مایع تمایل کمتری به پخش‌شدن روی ظرف دارد. رفتار جیوه روی شیشه نمونه معروف این حالت است.

سطح آب و جیوه در لوله

سطح آب در یک لوله شیشه‌ای کمی گود می‌شود؛ چون آب به شیشه جذب می‌شود و در کناره‌ها کمی بالا می‌رود.

اما سطح جیوه در لوله شیشه‌ای حالت برآمده دارد؛ چون نیروی هم‌چسبی میان ذره‌های جیوه از کشش میان جیوه و شیشه بیشتر است.

شاید این جزئیات در نگاه اول کوچک به نظر برسند، ولی در سؤال‌های مفهومی فیزیک دهم اهمیت زیادی دارند.

۵. خاصیت مویینگی؛ بالا رفتن مایع در لوله باریک

اگر یک لوله خیلی باریک شیشه‌ای را درون آب بگذاریم، آب درون لوله کمی بالاتر از سطح آب ظرف قرار می‌گیرد. به این اتفاق خاصیت مویینگی می‌گوییم.

هرچه لوله باریک‌تر باشد، بالارفتن آب در آن بیشتر است.

علت مویینگی به نیروی هم‌چسبی، دگرچسبی و کشش سطحی مربوط می‌شود. آب به دیواره شیشه جذب می‌شود و در کناره‌های لوله بالا می‌رود. کشش سطحی هم کمک می‌کند مولکول‌های دیگر آب به دنبال آن حرکت کنند.

نمونه‌های مویینگی در زندگی

خاصیت مویینگی فقط یک آزمایش کتاب درسی نیست. نمونه‌های زیادی از آن را در زندگی می‌بینیم:

• وقتی گوشه دستمال کاغذی را در آب می‌گذاریم، آب در دستمال بالا می‌رود.
• حوله با کمک سوراخ‌ها و راه‌های باریک میان تارهایش آب را جذب می‌کند.
• نفت در فتیله چراغ نفتی بالا می‌رود.
• جوهر در نوک بعضی خودکارها و ماژیک‌ها حرکت می‌کند.
• آب در بخش‌هایی از ساقه گیاهان بالا می‌رود.
• رطوبت ممکن است از راه سوراخ‌های ریز آجر و گچ در دیوار بالا بیاید.

البته بالارفتن آب در درختان بلند فقط با مویینگی توضیح داده نمی‌شود و عوامل دیگری هم نقش دارند؛ اما خاصیت مویینگی بخشی از این فرایند را توضیح می‌دهد.

۶. شاره چیست؟

به مایع و گاز، شاره می‌گوییم. دلیل این نام‌گذاری این است که مایع‌ها و گازها می‌توانند جاری شوند.

آب در لوله حرکت می‌کند، هوا در کانال کولر جریان پیدا می‌کند، بنزین در شلنگ پمپ‌بنزین جاری می‌شود و گاز شهری درون لوله‌ها حرکت می‌کند. همه این مواد شاره هستند.

تفاوت مهم جامد و شاره این است که جامد می‌تواند در برابر نیروی واردشده از کنار مقاومت کند، ولی شاره در برابر چنین نیرویی جاری می‌شود و شکلش را عوض می‌کند.

در بخش‌های بعدی می‌خواهیم فشار در شاره‌ها را بررسی کنیم.

۷. فشار چیست؟

فرض کن با کف دستت یک کتاب را هل می‌دهی. حالا همان نیرو را با نوک یک مداد وارد کن. با اینکه شاید اندازه نیرو تقریباً یکسان باشد، اثر نوک مداد خیلی بیشتر است؛ چون نیرو روی سطح کوچک‌تری وارد می‌شود.

فشار از تقسیم نیروی عمودی بر مساحت سطح به دست می‌آید:

$P=\frac{F}{A}$

در این رابطه:

• $P$ فشار است.
• $F$ نیروی عمودی بر سطح است.
• $A$ مساحت سطح است.

یکای فشار در دستگاه SI، پاسکال است:

$1Pa=1\frac{N}{m^2}$

یعنی اگر نیروی یک نیوتونی روی سطحی به مساحت یک متر مربع وارد شود، فشار برابر یک پاسکال خواهد بود.

نیرو و فشار را قاطی نکن!

نیرو و فشار یکی نیستند.

فشار به دو چیز بستگی دارد:

1. اندازه نیرو
2. مساحتی که نیرو روی آن پخش می‌شود

ممکن است یک نیروی کم روی سطحی خیلی کوچک، فشار زیادی بسازد. برعکس، یک نیروی بزرگ اگر روی سطح خیلی وسیعی پخش شود، فشار کمتری به وجود می‌آورد.

چند مثال روزمره از فشار

چاقوی تیز

لبه چاقوی تیز مساحت خیلی کمی دارد. پس با نیروی دست، فشار زیادی روی میوه، گوشت یا نان وارد می‌کند و بریدن آسان‌تر می‌شود.

کفش پاشنه‌بلند

مساحت پاشنه این کفش‌ها کم است. بنابراین فشار زیادی روی زمین وارد می‌کنند. به همین دلیل ممکن است پاشنه کفش در خاک نرم فرو برود.

کفش اسکی

کفش یا تخته اسکی سطح بزرگی دارد. وزن فرد روی مساحت بیشتری پخش می‌شود، فشار کم می‌شود و فرد کمتر در برف فرو می‌رود.

خوابیدن روی تخت میخ

اگر کسی روی تعداد زیادی میخ بخوابد، وزن بدنش بین همه میخ‌ها پخش می‌شود. در نتیجه نیروی واردشده از طرف هر میخ کم خواهد بود. ولی نشستن روی یک میخ، به دلیل سطح تماس خیلی کم، بسیار خطرناک است.

کوله‌پشتی با بند پهن

بند پهن، نیرو را روی بخش بزرگ‌تری از شانه پخش می‌کند. در نتیجه فشار کمتری وارد می‌شود و حمل کوله راحت‌تر خواهد بود.

۸. فشار در مایع‌ها

مایع‌ها به دلیل وزن خودشان فشار ایجاد می‌کنند. هرچه درون یک مایع پایین‌تر برویم، مقدار مایعی که بالای سر ما قرار دارد بیشتر می‌شود و فشار افزایش پیدا می‌کند.

فشار ناشی از یک مایع ساکن از رابطه زیر به دست می‌آید:

$P=\rho gh$

در این رابطه:

• $P$ فشار ناشی از مایع است.
• $\rho$ چگالی مایع است.
• $g$ شتاب گرانشی است.
• $h$ عمق نقطه از سطح آزاد مایع است.

پس فشار مایع به سه عامل بستگی دارد:

1. چگالی مایع
2. شتاب گرانشی
3. عمق

فشار مایع به شکل ظرف بستگی ندارد

این نکته خیلی مهم است. فشار یک مایع در عمق مشخص، به شکل ظرف بستگی ندارد.

فرض کن سه ظرف با شکل‌های مختلف داریم. در هر سه ظرف آب ریخته‌ایم و ارتفاع آب یکسان است. فشار آب در کف هر سه ظرف، با فرض یکسان بودن شرایط، برابر است؛ حتی اگر حجم آب در ظرف‌ها متفاوت باشد.

دلیلش روشن است: در رابطه $P=\rho gh$، شکل ظرف دیده نمی‌شود.

این موضوع ممکن است با حدس اولیه ما فرق داشته باشد. خیلی‌ها فکر می‌کنند هر ظرفی که آب بیشتری دارد، حتماً فشار کف آن بیشتر است؛ در حالی که فشار در یک نقطه به عمق و چگالی مربوط است، نه به حجم کل مایع.

مثال بطری سوراخ‌دار

یک بطری نوشابه را بردار و سه سوراخ در ارتفاع‌های مختلف آن ایجاد کن. سپس بطری را پر از آب کن.

می‌بینی آبی که از سوراخ پایین‌تر بیرون می‌آید، با سرعت بیشتری جلو می‌رود. چون فشار آب در قسمت پایین بطری بیشتر است.

این آزمایش ساده، افزایش فشار با عمق را به‌خوبی نشان می‌دهد.

چرا دیواره سد پایین‌تر ضخیم‌تر است؟

هرچه به بخش پایینی سد نزدیک شویم، عمق آب بیشتر و فشار آن بالاتر است. برای همین دیواره سد در قسمت پایین باید ضخیم‌تر و محکم‌تر ساخته شود.

اگر همه قسمت‌های دیواره یک ضخامت داشت، بخش پایین ممکن بود نتواند فشار زیاد آب را تحمل کند.

فشار در نقاط هم‌عمق

در یک مایع یکسان و ساکن، فشار در همه نقاطی که در عمق یکسان قرار دارند، برابر است.

این موضوع فرقی نمی‌کند نقطه موردنظر در سمت راست ظرف باشد یا چپ آن. فقط باید مایع یکسان، ساکن و عمق برابر باشد.

همچنین فشار مایع فقط رو به پایین نیست. مایع به دیواره‌ها و حتی رو به بالا هم فشار وارد می‌کند.

مثلاً وقتی دستت را زیر آب حرکت می‌دهی، آب از جهت‌های گوناگون به دستت نیرو وارد می‌کند.

۹. فشار کل درون مایع

اگر سطح مایع با هوای آزاد در تماس باشد، فشار هوا هم روی سطح مایع وارد می‌شود. این فشار از راه مایع به بخش‌های دیگر منتقل می‌شود.

بنابراین فشار کل در عمق $h$ برابر است با:

$P=P_0+\rho gh$

در این رابطه $P_0$ فشار واردشده بر سطح مایع است. اگر ظرف باز باشد، $P_0$ همان فشار هواست.

پس باید بین دو مفهوم فرق بگذاریم:

• فشار ناشی از مایع: $\rho gh$
• فشار کل یا مطلق: $P_0+\rho gh$

در بعضی سؤال‌ها فقط فشار ناشی از آب خواسته می‌شود و در بعضی دیگر فشار کل. خواندن دقیق صورت سؤال اینجا خیلی مهم است.

یک مثال ساده

غواصی را تصور کن که در عمق پنج متری استخر قرار دارد. فشاری که به او وارد می‌شود فقط مربوط به آب نیست؛ هوای بالای استخر هم روی سطح آب فشار می‌آورد و اثر آن به عمق منتقل می‌شود.

پس فشار کل وارد بر غواص، از جمع فشار هوا و فشار ستون آب به دست می‌آید.

۱۰. فشار هوا؛ نیروی بزرگی که حسش نمی‌کنیم

هوا جرم دارد و زمین آن را به سمت خودش می‌کشد. پس هوای بالای سر ما وزن دارد و فشار ایجاد می‌کند. به این فشار، فشار هوا یا فشار جو می‌گوییم.

فشار هوای معمولی در نزدیکی سطح دریا تقریباً برابر است با:

$1.01\times10^5 Pa$

یعنی چیزی نزدیک به صد هزار پاسکال!

شاید تعجب کنی که چرا این فشار بزرگ بدن ما را له نمی‌کند. چون درون بدن ما هم فشار وجود دارد و تا حد زیادی فشار بیرون را خنثی می‌کند. علاوه بر آن، بدن ما برای زندگی در چنین شرایطی ساخته شده است.

آزمایش لیوان و مقوا

یک لیوان را کاملاً از آب پر کن. یک تکه مقوای صاف روی دهانه آن بگذار. در حالی که مقوا را نگه داشته‌ای، لیوان را برعکس کن و بعد دستت را آرام بردار.

اگر کار را درست انجام داده باشی، مقوا نمی‌افتد و آب در لیوان می‌ماند.

فشار هوا از پایین به مقوا نیرو وارد می‌کند و آن را نگه می‌دارد. البته چسبندگی آب، وضعیت لبه لیوان و عوامل دیگر هم در انجام درست آزمایش نقش دارند.

چرا بسته خوراکی در ارتفاعات باد می‌کند؟

فشار هوا با افزایش ارتفاع کم می‌شود. اگر یک بسته چیپس را از شهری کم‌ارتفاع به منطقه‌ای کوهستانی ببریم، ممکن است بسته بادکرده‌تر به نظر برسد.

هوای داخل بسته هنگام بسته‌بندی فشار مشخصی داشته است. وقتی فشار بیرون کمتر می‌شود، اختلاف فشار باعث می‌شود بسته بیشتر باز شود.

چرا گوش در جاده کوهستانی می‌گیرد؟

با بالارفتن یا پایین‌آمدن سریع، فشار هوای بیرون عوض می‌شود. ممکن است فشار دو طرف پرده گوش برای مدتی برابر نباشد. در نتیجه احساس گرفتگی یا درد خفیف می‌کنیم.

قورت‌دادن آب دهان یا جویدن آدامس می‌تواند به برابرشدن فشار دو طرف پرده گوش کمک کند.

۱۱. اندازه‌گیری فشار هوا و آزمایش توریچلی

برای اندازه‌گیری فشار هوا از وسیله‌ای به نام فشارسنج یا بارومتر استفاده می‌شود.

یکی از آزمایش‌های معروف برای اندازه‌گیری فشار هوا، آزمایش توریچلی است. در این آزمایش، یک لوله بلند که یک سر آن بسته است، از جیوه پر می‌شود. سپس دهانه باز لوله را در ظرف جیوه قرار می‌دهند و لوله را برعکس می‌کنند.

بخشی از جیوه پایین می‌آید، ولی همه آن خالی نمی‌شود. فشار هوا روی سطح جیوه داخل ظرف وارد می‌شود و ستون جیوه در لوله را نگه می‌دارد.

در سطح دریا، ارتفاع ستون جیوه تقریباً ۷۶ سانتی‌متر است. به همین دلیل گاهی فشار هوا را ۷۶ سانتی‌متر جیوه یا ۷۶۰ میلی‌متر جیوه بیان می‌کنند.

چرا در این آزمایش از جیوه استفاده شده است؟

جیوه چگالی زیادی دارد. اگر به‌جای جیوه از آب استفاده می‌کردیم، برای اندازه‌گیری فشار هوا به لوله‌ای با ارتفاع بیشتر از ده متر نیاز داشتیم. کار با چنین لوله‌ای سخت بود.

چون چگالی جیوه خیلی بیشتر از آب است، ستون کوتاه‌تری از آن می‌تواند فشار هوا را خنثی کند.

فشار هوا و تغییرات ارتفاع

هرچه از سطح زمین بالاتر برویم، مقدار هوای بالای سرمان کمتر می‌شود. پس فشار هوا کاهش پیدا می‌کند.

به همین دلیل فشار هوا در کنار دریای خزر، تهران، همدان، شیراز، مشهد یا ارتفاعات دماوند دقیقاً یکسان نیست. هرچه بالاتر برویم، فشار هوا کمتر می‌شود.

این نکته در زندگی روزمره هم اثر دارد. مثلاً آب در ارتفاعات در دمای پایین‌تری می‌جوشد. برای همین ممکن است پختن غذا در شهرهای کوهستانی کمی زمان بیشتری ببرد. اگر مادربزرگ‌ها می‌گویند «اینجا برنج دیرتر دم می‌کشه»، فقط بحث تجربه آشپزی نیست؛ پشتش فیزیک هم هست!

۱۲. اصل پاسکال؛ فشار در شاره‌ها چطور منتقل می‌شود؟

یکی از بخش‌های خیلی کاربردی فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد، اصل پاسکال است.

اصل پاسکال می‌گوید:

اگر به یک شاره محبوس فشار وارد کنیم، این فشار بدون کم‌وکاست به همه قسمت‌های شاره و دیواره ظرف منتقل می‌شود.

حالا یعنی چه؟

فرض کن یک سرنگ پر از آب داریم و نوک آن بسته است. وقتی پیستون سرنگ را فشار می‌دهی، فشار فقط همان‌جا نمی‌ماند. این فشار به همه قسمت‌های آب داخل سرنگ منتقل می‌شود.

مایع‌ها خیلی کم فشرده می‌شوند. برای همین وقتی به یک بخش از مایع فشار می‌آوریم، این فشار به بخش‌های دیگر منتقل می‌شود.

بالابر هیدرولیکی؛ فیزیک در تعمیرگاه ماشین

حتماً در آپاراتی یا تعمیرگاه دیده‌ای که ماشین را با یک دستگاه بالا می‌برند. به این دستگاه، بالابر هیدرولیکی می‌گویند.

این دستگاه بر پایه اصل پاسکال کار می‌کند.

در ساده‌ترین حالت، دو پیستون داریم:

• یک پیستون کوچک
• یک پیستون بزرگ
• بین آن‌ها هم روغن یا یک مایع مناسب قرار دارد

وقتی به پیستون کوچک نیرو وارد می‌کنیم، فشار در مایع ایجاد می‌شود. این فشار به پیستون بزرگ منتقل می‌شود. چون سطح پیستون بزرگ بیشتر است، نیروی بزرگ‌تری روی آن به وجود می‌آید.

رابطه فشار هم همان است:

$P=\frac{F}{A}$

اگر فشار در دو پیستون برابر باشد، داریم:

$\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}$

یعنی اگر مساحت پیستون دوم بزرگ‌تر باشد، نیروی دوم هم بزرگ‌تر می‌شود.

به زبان ساده‌تر: با یک نیروی نسبتاً کم در یک سمت، می‌توانیم نیروی بزرگی در سمت دیگر داشته باشیم.

آیا دستگاه هیدرولیکی انرژی را زیاد می‌کند؟

نه. این نکته خیلی مهم است.

دستگاه هیدرولیکی نیرو را زیاد می‌کند، اما انرژی را از هیچ نمی‌سازد. وقتی نیروی خروجی بزرگ‌تر می‌شود، جابه‌جایی آن کمتر است.

یعنی اگر پیستون کوچک را زیاد پایین ببریم، پیستون بزرگ فقط کمی بالا می‌آید. پس قانون پایستگی انرژی همچنان برقرار است.

مثل این است که با یک اهرم، جسم سنگینی را بلند کنی. نیروی کمتری وارد می‌کنی، اما مسیر بیشتری را طی می‌کنی.

نمونه‌های اصل پاسکال در زندگی

اصل پاسکال فقط داخل کتاب نیست. دوروبرمان پر از کاربردهای آن است:

• ترمز هیدرولیکی خودرو
• جک ماشین
• صندلی آرایشگاه
• بالابر تعمیرگاه
• فرمان هیدرولیک
• دستگاه پرس هیدرولیکی
• بعضی تجهیزات پزشکی و صنعتی

وقتی پای تو روی پدال ترمز می‌رود، فشار در روغن ترمز منتقل می‌شود و به لنت‌ها کمک می‌کند چرخ‌ها را متوقف کنند. همین یک مثال نشان می‌دهد فیزیک چقدر در امنیت زندگی ما نقش دارد.

۱۳. نیروی شناوری؛ چرا بعضی چیزها روی آب می‌مانند؟

حالا می‌رسیم به یکی از شیرین‌ترین بخش‌های فصل دوم: شناوری.

حتماً دیده‌ای که یک تکه چوب روی آب می‌ماند، ولی یک سنگ کوچک ته آب می‌رود. از طرفی یک کشتی خیلی بزرگ و سنگین روی آب شناور می‌ماند. پس فقط «سنگین بودن» یا «سبک بودن» کافی نیست.

داستان اصلی به نیرویی مربوط می‌شود که شاره به جسم وارد می‌کند. به این نیرو، نیروی شناوری یا نیروی ارشمیدس می‌گوییم.

وقتی جسمی را درون آب می‌بریم، آب از اطراف به آن فشار وارد می‌کند. فشار در قسمت پایین جسم بیشتر از فشار قسمت بالاست؛ چون قسمت پایین در عمق بیشتری قرار دارد.

پس نیروی رو به بالای وارد بر جسم از نیروی رو به پایین بیشتر می‌شود. نتیجه این اختلاف، یک نیروی خالص رو به بالاست. این همان نیروی شناوری است.

اصل ارشمیدس به زبان ساده

اصل ارشمیدس می‌گوید:

هر جسمی که در یک شاره فرو رود، از طرف شاره نیرویی رو به بالا دریافت می‌کند که اندازه آن برابر وزن شاره جابه‌جا شده است.

رابطه نیروی شناوری چنین است:

$F_B=\rho gV$

در این رابطه:

• $F_B$ نیروی شناوری است.
• $\rho$ چگالی شاره است.
• $g$ شتاب گرانشی است.
• $V$ حجم بخش فرورفته جسم در شاره است.

اگر جسم کاملاً زیر آب باشد، $V$ حجم کل جسم است. اگر بخشی از جسم بیرون آب باشد، فقط حجم بخش فرورفته حساب می‌شود.

چرا چوب روی آب می‌ماند؟

چگالی چوب معمولاً از چگالی آب کمتر است. وقتی چوب را روی آب می‌اندازیم، آن‌قدر در آب فرو می‌رود که نیروی شناوری با وزن چوب برابر شود. بعد از آن روی آب می‌ماند.

اما سنگ چگالی بیشتری از آب دارد. حتی اگر کامل در آب فرو رود، نیروی شناوری نمی‌تواند وزن آن را خنثی کند. برای همین پایین می‌رود.

چرا کشتی آهنی غرق نمی‌شود؟

این سؤال برای خیلی‌ها جذاب است. آهن چگال‌تر از آب است، پس چرا کشتی که بدنه آهنی دارد روی آب می‌ماند؟

راز ماجرا در شکل کشتی است.

کشتی توخالی ساخته می‌شود و داخل آن مقدار زیادی هوا وجود دارد. به همین دلیل چگالی متوسط کشتی، یعنی کل جرم کشتی تقسیم بر کل حجم آن، از چگالی آب کمتر می‌شود.

کشتی حجم زیادی از آب را جابه‌جا می‌کند. این آب جابه‌جا شده نیروی شناوری بزرگی به کشتی وارد می‌کند. وقتی این نیرو با وزن کشتی برابر شود، کشتی شناور می‌ماند.

پس مهم فقط جنس جسم نیست؛ چگالی متوسط و حجم آب جابه‌جا شده هم خیلی مهم‌اند.

چرا زیردریایی بالا و پایین می‌رود؟

زیردریایی مخزن‌هایی دارد که می‌توانند با آب یا هوا پر شوند.

وقتی زیردریایی می‌خواهد پایین برود، آب وارد مخزن‌ها می‌شود. جرم زیردریایی زیاد می‌شود و چگالی متوسط آن بالا می‌رود. در نتیجه پایین می‌رود.

وقتی می‌خواهد بالا بیاید، هوای فشرده آب را از مخزن‌ها بیرون می‌راند. جرم کمتر می‌شود، چگالی متوسط پایین می‌آید و زیردریایی بالا می‌آید.

این یک نمونه عالی از کاربرد فیزیک در دنیای واقعی است.

چرا در آب نمک راحت‌تر شناور می‌شویم؟

آب نمک چگالی بیشتری از آب شیرین دارد. چون در رابطه نیروی شناوری، چگالی شاره وجود دارد، در آب نمک نیروی شناوری بیشتر می‌شود.

برای همین در دریاچه‌های خیلی شور، بدن راحت‌تر روی آب می‌ماند. در ایران هم دریاچه ارومیه نمونه معروفی است. البته وضعیت زیست‌محیطی این دریاچه داستان جداگانه و بسیار مهمی دارد، ولی از نظر فیزیکی، شوری زیاد آب باعث افزایش چگالی و شناوری بیشتر می‌شود.

۱۴. چگالی؛ یک ویژگی مهم برای شناخت مواد

در بسیاری از بحث‌های این فصل، واژه چگالی را می‌بینیم. پس باید خوب آن را بفهمیم.

چگالی یعنی مقدار جرم در یک حجم مشخص.

رابطه چگالی:

$\rho=\frac{m}{V}$

در این رابطه:

• $\rho$ چگالی است.
• $m$ جرم است.
• $V$ حجم است.

یکای چگالی در SI، کیلوگرم بر متر مکعب است:

$kg/m^3$

البته در مسئله‌ها گاهی از گرم بر سانتی‌متر مکعب هم استفاده می‌شود.

مثال ساده برای چگالی

فرض کن دو مکعب هم‌اندازه داریم:

• یکی از چوب
• یکی از آهن

حجم هر دو یکی است، اما مکعب آهنی جرم بیشتری دارد. پس چگالی آهن از چوب بیشتر است.

یا دو لیوان هم‌اندازه را تصور کن. یکی پر از آب است و یکی پر از روغن. چون روغن معمولاً چگالی کمتری از آب دارد، اگر آن‌ها را با هم مخلوط کنیم، روغن روی آب قرار می‌گیرد.

چرا روغن روی آب می‌ایستد؟

چون چگالی روغن از آب کمتر است. مایعی که چگالی کمتری دارد، روی مایع چگال‌تر قرار می‌گیرد؛ البته به شرطی که دو مایع به‌خوبی در هم حل نشوند.

برای همین وقتی در قابلمه آبگوشت یا خورش، چربی روی سطح غذا جمع می‌شود، دلیلش فقط آشپزی نیست؛ فیزیک هم وسط ماجراست!

۱۵. شاره در حرکت؛ وقتی آب راه می‌افتد

تا اینجا بیشتر درباره شاره‌های ساکن حرف زدیم. اما در زندگی واقعی، شاره‌ها خیلی وقت‌ها در حال حرکت‌اند.

آب در لوله، هوا در اتاق، خون در رگ‌ها، بنزین در شلنگ، گاز در لوله و حتی باد در کوچه، نمونه‌هایی از شاره در حرکت هستند.

در فیزیک دهم، برای ساده‌تر شدن بحث، معمولاً از شاره آرمانی حرف می‌زنیم. شاره آرمانی یعنی شاره‌ای که:

• تراکم‌ناپذیر باشد.
• گرانروی نداشته باشد.
• جریانش منظم باشد.

البته شاره‌های واقعی دقیقاً این‌طور نیستند، اما این فرض‌ها کمک می‌کنند اصل مطلب را بهتر یاد بگیریم.

آهنگ شارش یعنی چه؟

آهنگ شارش یعنی در هر ثانیه چه حجمی از شاره از یک مقطع عبور می‌کند.

اگر در هر ثانیه حجم بیشتری آب از لوله بگذرد، می‌گوییم آهنگ شارش بیشتر است.

رابطه آن:

$Q=Av$

در این رابطه:

• $Q$ آهنگ شارش است.
• $A$ مساحت مقطع لوله است.
• $v$ سرعت شاره است.

یعنی اگر سطح مقطع لوله بزرگ‌تر باشد یا سرعت حرکت شاره بیشتر شود، آهنگ شارش بیشتر می‌شود.

چرا وقتی سر شلنگ را می‌گیریم، آب تندتر می‌پاشد؟

این یکی را تقریباً همه تجربه کرده‌ایم. وقتی باغچه را آب می‌دهیم و می‌خواهیم آب دورتر برود، با انگشت بخشی از دهانه شلنگ را می‌گیریم. ناگهان آب با سرعت بیشتری بیرون می‌زند.

دلیلش رابطه پیوستگی است.

وقتی سطح مقطع خروجی کم می‌شود، برای اینکه مقدار آب عبوری در هر ثانیه تقریباً ثابت بماند، سرعت آب زیاد می‌شود.

رابطه پیوستگی:

$A_1v_1=A_2v_2$

اگر $A$ کم شود، $v$ زیاد می‌شود.

همین قانون در رودخانه هم دیده می‌شود. جایی که عرض رودخانه کم می‌شود، آب تندتر حرکت می‌کند. برای همین در بعضی جاهای باریک رودخانه، جریان آب خطرناک‌تر است.

۱۶. اصل برنولی؛ سرعت بیشتر، فشار کمتر

اصل برنولی یکی از جذاب‌ترین بخش‌های فیزیک شاره‌هاست.

به زبان ساده، در یک شاره روان و آرمانی، هر جا سرعت شاره بیشتر شود، فشار آن کمتر می‌شود.

این اصل در نگاه اول کمی عجیب است. شاید فکر کنیم جایی که شاره تندتر حرکت می‌کند، فشارش هم بیشتر است. اما در شرایطی که برنولی درباره آن حرف می‌زند، افزایش سرعت با کاهش فشار همراه است.

یک مثال ساده با کاغذ

یک نوار کاغذی را جلوی دهانت بگیر و از روی آن فوت کن. معمولاً کاغذ به جای اینکه پایین برود، بالا می‌آید.

چرا؟

وقتی از بالای کاغذ فوت می‌کنی، هوا با سرعت بیشتری از روی کاغذ رد می‌شود. فشار بالای کاغذ کمتر می‌شود. فشار هوای زیر کاغذ بیشتر است و کاغذ را به سمت بالا هل می‌دهد.

اسپری چطور کار می‌کند؟

در بعضی اسپری‌ها، وقتی هوا با سرعت از کنار یک لوله باریک عبور می‌کند، فشار آن قسمت کم می‌شود. مایع داخل مخزن به سمت بالا کشیده می‌شود و همراه هوا به شکل ذرات ریز بیرون می‌پاشد.

این اصل در عطرپاش‌های قدیمی، سم‌پاش‌های ساده و بعضی وسیله‌های مشابه دیده می‌شود.

چرا دو کامیون کنار هم خطرناک‌اند؟

وقتی دو خودروی بزرگ با سرعت زیاد از کنار هم عبور می‌کنند، هوای بین آن‌ها سریع‌تر حرکت می‌کند و فشار آن قسمت کم می‌شود. فشار هوای بیرون بیشتر است و ممکن است خودروها را به سمت هم بکشد.

برای همین رانندگی کنار کامیون‌ها و اتوبوس‌ها، مخصوصاً در جاده، نیاز به دقت زیادی دارد.

بال هواپیما و برنولی

بال هواپیما طوری طراحی می‌شود که هوا در اطراف آن به شکل خاصی حرکت کند. در یک توضیح ساده، سرعت هوا در بعضی قسمت‌های بال بیشتر می‌شود و فشار کاهش پیدا می‌کند. اختلاف فشار بین بالا و پایین بال، به ایجاد نیروی بالابر کمک می‌کند.

البته پرواز هواپیما فقط با یک جمله ساده درباره برنولی تمام نمی‌شود و عوامل دیگری هم نقش دارند؛ اما اصل برنولی یکی از کلیدهای فهمیدن این موضوع است.

۱۷. گرانروی؛ چرا عسل کندتر از آب حرکت می‌کند؟

تا حالا دقت کرده‌ای وقتی آب را از لیوان می‌ریزی، سریع جاری می‌شود؛ اما عسل، شیره انگور یا رب انار غلیظ خیلی کندتر حرکت می‌کند؟

علت این تفاوت، گرانروی است.

گرانروی یعنی مقاومت یک شاره در برابر جاری‌شدن.

هرچه گرانروی بیشتر باشد، شاره سخت‌تر جاری می‌شود. عسل گرانروی زیادی دارد. آب گرانروی کمتری دارد. هوا هم گرانروی دارد، ولی مقدارش نسبت به مایع‌هایی مثل عسل خیلی کمتر است.

دما روی گرانروی اثر دارد

اگر عسل را کمی گرم کنیم، روان‌تر می‌شود. یعنی گرانروی آن کم می‌شود.

برای همین وقتی شیشه عسل سفت شده باشد، بعضی‌ها آن را در آب گرم می‌گذارند تا راحت‌تر از ظرف بیرون بیاید.

روغن موتور هم با دما تغییر رفتار می‌دهد. اگر روغن در هوای سرد خیلی غلیظ شود، موتور سخت‌تر کار می‌کند. برای همین انتخاب روغن مناسب برای فصل و نوع خودرو مهم است.

۱۸. جمع‌بندی فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد

اگر بخواهیم کل فصل را خیلی خودمانی جمع کنیم، باید بگوییم این فصل درباره رفتار ماده‌هاست؛ مخصوصاً وقتی با فشار، چگالی، حالت ماده، سطح مایع و حرکت شاره‌ها سروکار داریم.

در این فصل یاد می‌گیریم:

• ماده‌ها می‌توانند جامد، مایع، گاز یا پلاسما باشند.
• تفاوت حالت‌های ماده به فاصله و حرکت ذره‌ها مربوط است.
• کشش سطحی باعث می‌شود سطح مایع شبیه یک پوسته نازک رفتار کند.
• مویینگی باعث بالا رفتن مایع در لوله‌های باریک می‌شود.
• فشار یعنی نیرو تقسیم بر مساحت.
• فشار مایع با عمق و چگالی بیشتر می‌شود.
• فشار هوا در زندگی روزمره اثرهای زیادی دارد.
• اصل پاسکال پایه کار دستگاه‌های هیدرولیکی است.
• نیروی شناوری علت شناور ماندن بعضی جسم‌ها روی آب است.
• چگالی نقش مهمی در شناوری و رفتار مواد دارد.
• در شاره‌های در حرکت، سرعت و سطح مقطع به هم مربوط‌اند.
• اصل برنولی می‌گوید هرجا سرعت شاره بیشتر شود، فشار کمتر می‌شود.
• گرانروی نشان می‌دهد یک شاره چقدر در برابر جاری‌شدن مقاومت می‌کند.

این فصل برای امتحان مدرسه، آزمون‌های تستی و فهمیدن دنیای اطراف بسیار مهم است. خیلی از سؤال‌های فیزیک دهم از همین بخش‌ها طرح می‌شوند؛ چون هم فرمول دارد، هم مفهوم، هم مثال روزمره.

۱۹. چطور این فصل را بهتر یاد بگیریم؟

برای یاد گرفتن فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد فقط حفظ کردن کافی نیست. باید مفهوم‌ها را ببینی، لمس کنی و با مثال‌های واقعی یاد بگیری.

چند پیشنهاد ساده:

1. فرمول‌ها را فقط حفظ نکن؛ معنی هر نماد را بفهم.
2. یکاها را جدی بگیر؛ خیلی از اشتباه‌ها از تبدیل یکا می‌آید.
3. برای هر مفهوم یک مثال روزمره پیدا کن.
4. آزمایش‌های ساده کتاب را در خانه با احتیاط انجام بده.
5. سؤال‌های مفهومی را کنار مسئله‌های عددی تمرین کن.
6. شکل‌ها و نمودارها را با دقت ببین.
7. وقتی مسئله حل می‌کنی، اول بنویس داده‌ها چیست و چه چیزی خواسته شده است.

اگر دانش‌آموز رشته ریاضی هستی، بهتر است این فصل را عمیق‌تر و مسئله‌محورتر کار کنی؛ چون در ادامه مسیر، با مفاهیم فیزیکی بیشتری روبه‌رو می‌شوی. اگر دانش‌آموز تجربی هستی، این فصل برای امتحان نهایی و پایه علمی تو در درس فیزیک خیلی مهم است، مخصوصاً چون سؤال‌های مفهومی و ترکیبی از آن زیاد می‌آید.

برای همین اگر می‌خواهی این فصل را کامل، مرتب و بدون سردرگمی یاد بگیری، پیشنهاد می‌کنیم با توجه به رشته خودت از دوره مناسب استفاده کنی:

• اگر رشته‌ات ریاضی و فیزیک است، دوره آموزش فیزیک دهم ریاضی و فیزیک برای تو مناسب‌تر است.
• اگر رشته‌ات علوم تجربی است، دوره آموزش فیزیک دهم علوم تجربی دقیقاً بر اساس نیاز تو طراحی شده است.

در سایت فیزیکدان تلاش شده آموزش‌ها طوری باشد که هم برای امتحان مدرسه به کارت بیاید، هم برای تست، هم برای فهم واقعی فیزیک. هدف این نیست که فقط چند فرمول حفظ کنی؛ هدف این است که وقتی صورت سؤال را می‌بینی، بفهمی ماجرا چیست و از کجا باید شروع کنی.

پرسش‌های پرتکرار

ویژگی فیزیکی ماده یعنی چه؟

یعنی ویژگی‌ای که بدون تغییر جنس ماده می‌توانیم آن را بررسی یا اندازه‌گیری کنیم؛ مثل جرم، حجم، چگالی، حالت ماده و فشار.

فصل ویژگی‌های فیزیکی مواد در فیزیک دهم سخت است؟

اگر فقط فرمول حفظ کنی، ممکن است سخت شود. اما اگر مفهوم‌ها را با مثال‌های روزمره یاد بگیری، یکی از جذاب‌ترین فصل‌های فیزیک دهم است.

فشار با نیرو چه فرقی دارد؟

نیرو یک اثر هل‌دادن یا کشیدن است، اما فشار یعنی نیروی واردشده بر واحد سطح. هرچه سطح کمتر باشد، فشار بیشتر می‌شود.

چرا فشار آب در عمق بیشتر زیادتر است؟

چون هرچه پایین‌تر برویم، مقدار آب بالای سر آن نقطه بیشتر می‌شود و وزن بیشتری فشار وارد می‌کند.

چرا دیواره سد در پایین ضخیم‌تر است؟

چون فشار آب در قسمت‌های پایین سد بیشتر است و دیواره باید فشار بیشتری را تحمل کند.

اصل پاسکال کجا کاربرد دارد؟

در جک ماشین، ترمز هیدرولیکی، صندلی آرایشگاه، بالابر خودرو و دستگاه‌های پرس هیدرولیکی.

چرا کشتی آهنی روی آب می‌ماند؟

چون کشتی توخالی است و حجم زیادی آب جابه‌جا می‌کند. چگالی متوسط کشتی از آب کمتر می‌شود و نیروی شناوری آن را نگه می‌دارد.

چرا روغن روی آب می‌ماند؟

چون چگالی روغن معمولاً از چگالی آب کمتر است و در آب حل نمی‌شود.

کشش سطحی چیست؟

کشش سطحی باعث می‌شود سطح مایع مثل یک پوسته نازک رفتار کند و قطره‌ها تا حد زیادی گرد شوند.

مویینگی یعنی چه؟

یعنی بالا یا پایین رفتن مایع در لوله‌های خیلی باریک، به خاطر نیروهای بین مولکولی و کشش سطحی.

اصل برنولی را ساده بگوییم یعنی چه؟

در جریان شاره، هرجا سرعت بیشتر شود، فشار کمتر می‌شود؛ البته در شرایط ساده و آرمانی.

گرانروی یعنی چه؟

گرانروی یعنی مقاومت شاره در برابر جاری‌شدن. عسل گرانروی زیادی دارد، آب کمتر.

برای رشته ریاضی کدام آموزش مناسب‌تر است؟

اگر دانش‌آموز ریاضی هستی، دوره آموزش فیزیک دهم ریاضی و فیزیک در سایت فیزیکدان برای تو گزینه مناسب‌تری است.

برای رشته تجربی کدام آموزش بهتر است؟

اگر دانش‌آموز تجربی هستی، دوره آموزش فیزیک دهم علوم تجربی در سایت فیزیکدان دقیقاً با نیازهای تو هماهنگ‌تر است.

چطور در این فصل نمره خوبی بگیریم؟

مفهوم‌ها را با مثال یاد بگیر، فرمول‌ها را درست بنویس، تبدیل یکا تمرین کن و حتماً سؤال‌های مفهومی و عددی را با هم حل کن.