2. Твёрдые тела, жидкости и газы

Определения и обозначения

Твёрдое тело — вещество, которое сохраняет собственные форму и объём. Это значит, что оно не растекается и не принимает очертания сосуда, в который его положили. Камень, книга и кубик льда — знакомые примеры твёрдых тел. По этим признакам можно отличить твёрдое тело от воды и воздуха.

Жидкость — вещество, которое сохраняет объём, но принимает форму сосуда и может течь. Воды в бутылке и в чашке может быть одно и то же количество, хотя выглядеть она будет по-разному. Жидкости удобно переливать и хранить в сосудах, форма которых помогает им не растекаться. К жидкостям относятся вода, молоко и растительное масло.

Газ — вещество, которое не сохраняет собственные форму и объём. Он распространяется по сосуду и занимает доступное в нём пространство. Воздух внутри мяча или газ в закрытой ёмкости не держатся в одном месте, а заполняют её. Это определение помогает помнить: невидимость газа не означает, что его нет или что он не занимает места.

Как это устроено

Твёрдое тело сохраняет форму, поэтому камень остаётся камнем, даже если его положить в коробку или на стол. Его объём тоже не меняется только от того, что тело переместили в другое место. Жидкость ведёт себя иначе: её части могут перемещаться, поэтому она течёт и принимает очертания сосуда. При этом сама жидкость не растекается бесконечно, а сохраняет свой объём.

Представь стакан воды и широкую миску. Когда воду переливают, в стакане она была вытянута вверх, а в миске растекается по дну, потому что стенки и дно сосуда задают ей форму. Если перелить всю воду аккуратно, её количество не изменится, как не изменится и объём. Проверить это можно, снова налив воду в мерный стакан: уровень покажет прежнее количество.

Газ ведёт себя по-другому, потому что его части распространяются по всему доступному пространству. Если выпустить воздух из маленькой ёмкости в большую пустую, он не соберётся в одном углу, а заполнит большую ёмкость. Газ не сохраняет собственную форму и объём: форма зависит от границ сосуда, а занимаемое пространство — от его размеров. Поэтому воздух внутри мяча распределяется по мячу, а не остаётся только у отверстия, через которое его накачали.

Вода помогает увидеть, что одно вещество может быть в разных состояниях. При замерзании вода превращается в лёд, который сохраняет форму; при таянии лёд становится жидкой водой, которая течёт и принимает форму сосуда. При нагревании вода может перейти в газообразное состояние — водяной пар. Так наблюдения за льдом, водой и паром показывают, что свойства зависят не только от вещества, но и от его состояния.

Важно не путать состояние вещества с его названием или видом. Вода в виде льда — твёрдое тело, а та же вода после таяния — жидкость. Водяной пар — газообразное состояние воды, обычно невидимое; видимое облако состоит из очень мелких капель воды или кристалликов льда. Сравнивая состояния, смотри на форму, объём и поведение вещества, а не только на то, как оно выглядит.

Сравнение твёрдых тел, жидкостей и газов

Пользуйся таблицей, когда нужно определить состояние вещества: проверь, сохраняются ли его форма и объём. Затем вспомни, что происходит с ним в сосуде. Один признак может быть недостаточен, поэтому лучше сравнить сразу несколько свойств.

Разбор задач

Задача 1

Определи, что из перечисленного является твёрдым телом, жидкостью и газом: камень, вода в стакане, воздух в надутом мяче. Сначала найди, что сохраняет собственную форму, затем — что течёт и что распространяется по вместилищу. Так получится опереться не только на названия предметов, но и на свойства веществ. Проверь каждую часть примера отдельно.

1. Камень сохраняет форму и объём, значит, это твёрдое тело.
2. Вода течёт и принимает форму стакана, значит, это жидкость.
3. Воздух занимает пространство внутри мяча, значит, это газ.

Ответ: камень — твёрдое тело, вода — жидкость, воздух — газ.

Задача 2

Воду перелили из стакана в широкую миску. Объясни, что изменилось, а что осталось прежним. Для этого сравни свойства жидкости: у неё нет собственной формы, но есть сохраняемый объём. Представь, что всю воду перелили аккуратно, не пролив ни капли. Тогда перемена сосуда изменит очертания воды, но не её количество.

1. В стакане вода была вытянута по его форме.
2. В широкой миске вода растеклась по дну и приняла форму миски.
3. Если воду не пролили и не добавили, количество и объём остались прежними.

Ответ: изменилась форма воды, а её количество и объём сохранились.

Задача 3

В закрытой бутылке есть воздух. Объясни, что произойдёт с воздухом, если выпустить его в большую пустую ёмкость, и сравни это с поведением воды при переливании. Нужно выяснить, сохраняет ли каждое вещество собственный объём. Жидкость сохраняет объём и меняет форму по сосуду, а газ распространяется по доступному пространству. Поэтому после выпуска воздуха нельзя ожидать, что он останется на месте, где был в бутылке.

1. Пока бутылка закрыта, воздух находится внутри неё.
2. После выпуска воздух распространится внутри большой ёмкости и займёт доступное пространство.
3. Вода при переливании тоже принимает форму нового сосуда, но сохраняет свой объём, если её не пролить.

Ответ: газ заполнит доступное пространство большой ёмкости, а вода при переливании сохранит объём и только изменит форму.

Типичные ошибки

Можно решить, что жидкость сохраняет форму, потому что в стакане она выглядит как стакан. Но форму ей задают стенки сосуда, а после переливания она изменится. Такая ошибка возникает, если рассматривать жидкость только в одной ёмкости. Проверь себя: представь ту же воду в миске — её очертания будут другими.

Изменение формы воды иногда принимают за изменение объёма. При аккуратном переливании форма меняется, а количество жидкости остаётся прежним. Ошибка возникает, когда сравнивают высоту воды в сосудах разной ширины: уровень может стать ниже, но это не доказывает, что воды стало меньше. Проверить количество можно, вернув воду в мерный сосуд.

Воздух кажется несуществующим, потому что его обычно не видно. Но он занимает место: например, надутый мяч становится упругим, поскольку внутри есть воздух. Чтобы проверить себя, вспомни, что произойдёт, если выпустить воздух из мяча или надуть пустой пакет. Значит, газ невидим, но не пустота.

Водяной пар иногда называют облаком или дымом из-за того, что над горячей водой можно увидеть белое облачко. На самом деле сам водяной пар — газ и невидим, а видимые белые частицы состоят из крошечных капель воды. Ошибку помогает проверить вопрос: это газ или видимые капли? Не смешивай газообразное состояние воды с облаком из капель.

Связь с другими темами

До изучения состояний вещества полезно уметь внимательно наблюдать предметы и описывать их форму, объём и поведение в сосуде. Эти знания пригодятся при изучении воды в природе, круговорота воды и изменений погоды. Например, лёд тает, вода испаряется, а затем в атмосфере появляются облака из капель. С темой связаны и повседневные действия: хранение и переливание жидкостей, надувание предметов, замерзание и таяние воды.

Что запомнить

• Твёрдое тело сохраняет форму и объём.
• Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосуда.
• Газ не сохраняет собственные форму и объём.
• Газ распространяется по сосуду и занимает доступное пространство.
• Одно вещество может находиться в разных состояниях: лёд, вода и водяной пар.