آموزش درس 2 فصل 2 فیزیک دهم + تدریس ویدیویی

آموزش درس 2 فصل 2 فیزیک دهم به‌صورت تست‌بیس، همراه با تدریس ویدیویی «شهاب نصیری» را، در این پست از رپیتیچ ببینید.

در درس قبلی با حالت‌های مختلف ماده آشنا شدیم. حال نوبت آن است که ببینیم وضعیت نیروهای بین مولکولی در انواع ماده‌ به چه صورت است.

برای دسترسی به کل مباحث فصل دوم، روی لینک زیر کلیک کنید.

فیلم و جزوه فصل دوم فیزیک دهم

خب، اول از همه بریم که ویدیوی آموزشی این بخش رو ببینیم.

آموزش ویدیویی درس 2 فصل 2 فیزیک دهم

در این قسمت، بخشی از «آموزش درس دوم فصل دوم فیزیک دهم» را به‌صورت ویدیویی می‌توانید ببینید. مدرس این قسمت، جناب مهندس شهاب نصیری، مولف برتر آزمون‌های موسسات معتبر هستند.

 

 

در این مبحث قرار است با 3 نیروی بین مولکولی کشش سطحی، تر شوندگی و اثر مویینگی آشنا شویم. همچنین در این میان به بررسی هم چسبی و دگر سطحی نیز می‌پردازیم.

نیروهای بین مولکولی؛ درس دوم فصل دوم فیزیک دهم

در فعالیت 2-2 درس قبلی یاد گرفتیم که متراکم کردن‌ آب درون سرنگ، عملا امکان‌پذیر نیست. پدیده‌هایی مشابه این را می‌توان با نیروهای بین مولکولی در یک مایع توجیه کرد.

به نیروهای بین مولکول‌های همسان مانند نیروهای بین مولکول‌های آب، نیروی هم‌چسبی می‌گوییم. وقتی سعی بر کاهش فاصله بین مولکول‌های مایع باشد، نیروی دافعه‌ بزرگی بین آنها ظاهر می‌شود. این نیرو از تراکم‌پذیری مایع جلوگیری می‌کند. همچنین وقتی مولکول‌های مایع را کمی از هم دور کنیم، نیروی جاذبه بین آنها ظاهر می‌شود. این جاذبه در قطره آب آویزان از شاخه درخت مشاهده می‌شود.

نیروهای بین مولکولی، کوتاه‌بُرد هستند. اگر فاصله بین مولکول‌ها چند برابر فاصله بین‌مولکولی شود، نیروهای بین مولکولی بسیار کوچک و عملا صفر خواهند شد.

کشش سطحی

از مثال‌های اثبات وجود کشش سطحی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نشستن‌ یا راه رفتن‌ برخی حشره‌ها روی سطح آب
• شناور ماندن‌ گیره فلزی کاغذی روی سطح آب
• تشکیل حباب‌های آب و صابون

کشش سطحی ناشی از هم‌چسبی مولکول‌های سطح مایع است و آن را می‌توان با نیروهای بین مولکولی توضیح داد. مولکول‌های سطح مایع به یکدیگر نیروهای ربایشی وارد می‌کنند. از همین‌رو سطح مایع شبیه یک پوسته‌ تحت کشش رفتار می‌کند و کشش سطحی روی می‌دهد. با این پدیده حتی می‌شود توضیح داد که چرا قطره‌هایی که آزادانه در حال سقوط هستند، تقریبا کروی‌اند.

به ازای حجمی معین، کره نسبت به هر شکل هندسی دیگری، کوچک‌ترین مساحت سطح را دارد. سطح قطره‌ای که آزادانه سقوط می‌کند مانند یک پوسته‌ کشیده‌ شده‌، تمایل به کمینه‌ کردن‌ مساحتش را دارد.

پرسش 2-2

وقتی شیشه می‌شکند با نزدیک کردن‌ قطعه‌های آن به هم، نمی‌توان دوباره اجزای شیشه را به هم چسباند. با این حال اگر قطعه‌های شیشه را آن‌قدر گرم کنیم که نرم شوند، می‌توان آنها را به هم چسباند. این پدیده‌ها را با توجه به کوتاه‌بُرد بودن‌ نیروهای بین مولکولی توجیه کنید.

پاسخ: نیروی بین مولکولی کوتاه‌برد است، یعنی فقط در فاصله‌های کوتاه اثر می‌کند. فرض کنید دو قطعه شیشه را به هم نزدیک کنیم. مولکول‌ها در قسمت شکسته‌ به اندازه کافی به هم نزدیک نمی‌شوند و نیروی بین مولکولی شکل نمی‌گیرد. حال اگر دو سطح در اثر گرما نرم شوند، فاصله بین سطوح مولکول‌های دو قطعه پایین می‌آید. این قضیه تداخل را تا حدی بالا می‌برد که باعث کارکرد جاذبه بین مولکولی و در نهایت چسبیدن‌ آنها به یکدیگر می‌شود.

فعالیت 2-3

الف) سعی کنید یک سوزن ته‌گرد یا گیره کاغذ را روی سطح آب شناور کنید. برای این منظور می‌توانید از یک تکه دستمال کاغذی استفاده کنید.

ب) پس از شناور شدن‌ سوزن یا گیره، سطح آب را به دقت مشاهده کنید. مشاهدات خود را به کلاس گزارش دهید.

پاسخ: سوزن یا گیره در محل تماس با سطح آب، فرو رفتگی ایجاد می‌کند. با این حال روی سطح آب شناور است و به زیر آن نمی‌رود. کشش سطحی ناشی از هم‌چسبی مولکول‌های سطح آب، مانع از فرو رفتن‌ جسم در آب می‌شود.

ب) اکنون یکی دو قطره مایع شوینده‌ را به آرامی به آب درون ظرف بیفزایید. مشاهدات خود را به کلاس گزارش کنید و دلیلی برای آن ارائه دهید.

پاسخ: با افزودن‌ مایع ظرقشویی، سوزن یا گیره در آب فرو می‌رود. مایع ظرفشویی نیروی هم‌چسبی مولکول‌های سطح آب و در نتیجه کشش سطحی آن را کاهش می‌دهد.

تر شوندگی

نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های یک ماده، سبب بروز پدیده‌های جالبی می‌شود. حالتی را در نظر بگیرید که دو ماده مختلف در تماس با یکدیگر قرار گیرند. در این هنگام جاذبه مولکولی مشابهی بین مولکول‌های آنها ظاهر می‌شود که به آن، نیروی دگرچسبی می‌گوییم.

هم‌چسبی و دگرچسبی، هر دو نیروهایی بین مولکولی هستند. تفاوت آنها در یک مورد خیلی ساده است. در هم‌چسبی جاذبه، بین مولکول‌های همسان و در دگرچسبی جاذبه، بین مولکول‌های ناهمسان است.

هرگاه مایعی در تماس با جامدی قرار گیرد، دو حالت می‌تواند رخ دهد.

در اولین حالت، دگرچسبی بین مولکول‌های مایع و جامد از هم‌چسبی بین مولکول‌های مایع بیشتر است. در این صورت می‌گوییم که مایع، جامد را تر یا خیس می‌کند. مثلا وقتی آب روی سطح شیشه تمیز بریزد، آن را خیس و رویش پهن می‌شود.

در حالت دوم وضعیت نیروها دقیقا برعکس است. نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های مایع از نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های جامد و مایع بیشتر است. در این صورت، مایع نمی‌تواند جامد را تر کند. اگر تکه‌ای جیوه را بر روی سطح شیشه بگذاریم، شیشه خیس نمی‌شود. علاوه بر ان، جیوه به شکل قطره روی سطح شیشه باقی می‌ماند. هر چه قطعه بزرگ‌تر باشد نیروی گرانش زمین، آن را تخت‌تر می‌کند.

پرسش 2-3

در شکل بالا خروج قطره‌های روغن با دمای متفاوت را از دهانه‌ دو قطره‌چکان می‌بینید.

الف) توضیح دهید در کدام شکل، دمای قطره‌های روغن کمتر است.

پاسخ: سمت چپ، زیرا قطره‌ها در آن درشت‌تر هستند. انرژی و دمای پایین، یاعث قوی ماندن‌ نیروی بین مولکولی می‌شود. در نتیجه قطره‌های روغن سمت چپ با مولکول‌های درشت‌تر، دمای پایین‌تری دارد.

ب) افزایش دما چه تاثیری بر نیروی هم‌چسبی مولکول‌های یک مایع می‌گذارد؟

پاسخ: آن را کاهش می‌دهد. با بالا رفتن‌ دما، انرژی جنبشی مولکول‌ها افزایش پیدا می‌کند. با افزایش انرژی جنبشی و ارتعاش مولکول‌ها، فاصله آنها زیاد و نیروی بین مولکولی ضعیف می‌شود.

پ) چرا هنگام شستن‌ ظروف، افزون بر استفاده از مایع ظرفشویی، ترجیح می‌دهیم از آب گرم نیز استفاده کنیم؟

پاسخ: آب گرم دمای بالایی دارد و باعث ضعیف شدن‌ نیروی بین مولکولی دگرچسبی می‌شود.

فعالیت 2-4

یک طرف یک تکه شیشه کوچک با ابعاد 10×10 سانتی‌متر را کمی بالاتر از شعله یک شمع بگیرید. این عمل را تا زمانی که سطح شیشه به‌طور کامل دوداندود شود، انجام دهید. شیشه را از طرف تمیز آن روی سطحی افقی قرار دهید. سپس روی سطح دوداندود شده‌ آن چند قطره آب بریزید. آنچه را مشاهده می‌کنید در گروه خود به بحث بگذارید و نتیجه را به کلاس ارائه دهید.

پاسخ: نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های آب از نیروی دگرچسبی مولکول‌های آب و دوده بیشتر است. بنابراین قطرات آب، دوده را تر نمی‌کنند و بر روی آن به شکل کروی باقی می‌مانند.

اینبار سطح شیشه را با روغن چرب کنید و آزمایش را تکرار کنید. مشاهده خود را توضیح دهید.

پاسخ: نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های آب از نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های آب و روغن بیشتر است. از این‌رو آب بر سطح شیشه چرب‌شده با روغن پخش نمی‌شود. این‌گونه مولکول‌های آب به‌صورت قطره‌های کوچک روی سطح شیشه قرار می‌گیرند.

فعالیت 2-5

این فعالیت به شما کمک می‌کند تا درک بهتری از نیروی دگرچسبی به دست آورید. به این منظور از یک لیوان پر از آب، یک کارت بانکی و تعدادی وزنه چند گرمی یا سکه‌های پول استفاده کنید. حالت اول را مطابق شکل الف پیش ببرید. کارت را طوری روی لبه لیوان قرار دهید که تنها نیمی از آن با آب در تماس باشد. وزنه‌های چند گرمی را روی قسمتی از کارت قرار دهید که با آب در تماس نیست (ابتدا وزنه 5 گرمی، سپس 10 گرمی و …). نتیجه مشاهده خود را با توجه به مفاهیمی که تاکنون فرا گرفته‌اید، توضیح دهید.

پاسخ: نیروی دگرچسبی آب و کارت بیشتر از نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های آب است. حالا می‌آییم و در آن سمت کارت که با آب در تماس نیست، وزنه می‌گذاریم. آن سمت کارت که با آب در تماس است، بالا می‌آید و همراه خود، سطح آب را نیز به بالا می‌کشد. به عبارت دیگر، کارت از آب جدا نمی‌شود.

یکی دو قطره مایع شوینده به آب اضافه کنید و آزمایش را تکرار کنید. نتیجه مشاهده خود را در گروه به بحث بگذارید.

پاسخ: با افزودن‌ مایع ظرفشویی به آب، نیروی دگرچسبی کاهش می‌یابد. در نتیجه کارت با قرار دادن‌ وزنه‌ها، به آسانی از سطح آب جدا می‌شود.

اثر مویینگی

لوله‌هایی که قطر داخلی آنها حدود یک دهم میلی‌متر (0.1mm∼) باشد، معمولا لوله مویین نام دارند. واژه مویین به معنی «مو مانند» است. فرض کنید در آزمایشی چند لوله مویین شیشه‌ای و تمیز را وارد یک ظرف آب کنیم. در این صورت آب در لوله‌های مویین بالا می‌رود و سطح آن بالاتر از سطح آب ظرف قرار می‌گیرد. هرچه قطر لوله مویین کمتر باشد، ارتفاع ستون آب در آن بیشتر است. افزون بر اینها سطح آب در بالای لوله‌های مویین فرورفته است.

حالا بیایید همین آزمایش‌ها را با جیوه انجام دهیم. می‌بینیم که جیوه در لوله‌های مویین مقداری بالا می‌رود، ولی سطح آن پایین‌تر از سطح جیوه ظرف قرار می‌گیرد. همچنین هرچه قطر لوله مویین کمتر باشد، ارتفاع ستون جیوه در آن کمتر است. افزون بر اینها سطح جیوه در لوله مویین برآمده است.

اثر مویینگی در لوله‌های با قطر داخلی بزرگ‌تر از لوله‌های مویین نیز قابل مشاهده است. در شکل الف و ب، اثر مویینگی را برای آب و در شکل پ و ت، اثر مویینگی را برای جیوه مشاهده می‌کنید.

نیروهای هم‌چسبی و دگرچسبی در آب و جیوه

چگونه می‌توان تفاوت اثر مویینگی آب و جیوه را به شکل فیزیکی توجیه کرد؟ برای این منظور باید به نیروهای هم‌چسبی و دگرچسبی توجه کرده‌ و اندازه آنها را با یکدیگر مقایسه کنیم.

آب تمایل به چسبیدن‌ به دیواره‌های شیشه‌ای دارد. نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های آب و مولکول‌های شیشه بیشتر از نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های آب است. در نتیجه آب سطح شیشه را خیس می‌کند و در لوله بالا می‌رود.

نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های جیوه و شیشه کمتر از نیروی هم‌چسبی بین خود مولکول‌های جیوه است. بنابراین جیوه سطح شیشه را خیس نمی‌کند. همانطور که در شکل (ت) می‌بینید، سطح جیوه در لوله مویین، پایین‌تر از سطح جیوه درون ظرف قرار می‌گیرد.

فعالیت 2-6

در ساختن‌ دیواره‌های ساختمان باید اثر مویینگی را در نظر بگیریم. دلیلش این است که تراوش آب از منفذهای مویین در این دیوارها، می‌تواند سبب خسارت در داخل ساختمان شود. برای جلوگیری از این خسارت، دیوارهای داخل یا خارج ساختمان را معمولا با مواد ناتراوا (مانند قیر) می‌پوشانند.

تحقیق کنید در معماری سنتی ایران به جای قیراندود کردن‌، چگونه از نفوذ آب به داخل سازه‌ها جلوگیری می‌کردند.

پاسخ: معماران قدیم ایرانی برای جلوگیری از نفوذ آب به داخل سازه‌ها، دست به یک نوآوری زده‌ بودند. آنها با استفاده از ترکیب خاک رس و آهک به نسبت 6 به 4، گلی سفت می‌ساختند و آن را چندین روز ورز می‌دادند. از این گل که ساروج نام داشت، برای ساختن‌ بناهایی که در معرض آب بودند استفاده می‌کردند. در برخی مناطق استفاده از سفیده‌ تخم‌مرغ برای تهیه ساروج نیز رایج بوده‌ است.

 

 

برای دسترسی به دیگر درس‌های فصل 2 فیزیک 10، روی لینک های زیر کلیک کنید:

• فیلم و جزوه درس یک فصل دو فیزیک ده
• فیلم و جزوه درس سه فصل دو فیزیک ده
• فیلم و جزوه درس چهار فصل دو فیزیک ده
• فیلم و جزوه درس پنج فصل دو فیزیک ده