§ 7. Свойства твёрдых тел, жидкостей и газов

Определения и обозначения

Твёрдое тело — это вещество, которое сохраняет собственную форму и объём. К твёрдым телам относятся камень, книга, карандаш. Если положить камень в коробку или стакан, он не станет похожим на их стенки.

Жидкость сохраняет объём, но принимает форму той части ёмкости, которую занимает. Вода в стакане имеет форму стакана, а в бутылке — форму бутылки. Жидкость может течь, поэтому её можно переливать.

Газ не сохраняет собственные форму и объём. Он распространяется по всему предоставленному пространству и заполняет его. Воздух, кислород и углекислый газ — примеры газов.

Текучесть — способность жидкости и газа перемещаться и принимать форму ёмкости. Твёрдое тело обычно остаётся на месте и сохраняет очертания, если его не двигать или не деформировать. Это свойство помогает отличить жидкость и газ от твёрдого тела.

Как это устроено

Твёрдое тело сохраняет форму, потому что его частицы расположены близко друг к другу. Они удерживаются соседними частицами и не могут свободно перемещаться по всему телу. Поэтому кусок дерева или камень не растекается по дну новой ёмкости, хотя само тело можно перенести.

В жидкости частицы тоже находятся близко, поэтому жидкость сохраняет почти постоянный объём. Но они могут перемещаться относительно друг друга и менять соседей. Из-за этого вода растекается по дну, собирается в лужу и принимает форму сосуда.

Частицы газа находятся на значительном расстоянии друг от друга и свободно движутся во все стороны. Они сталкиваются между собой и со стенками ёмкости, постепенно занимая всё доступное место. Поэтому воздух распространяется по комнате, а газ в шарике доходит до всех его стенок.

Газ можно сжать сильнее, чем жидкость или твёрдое тело, потому что между его частицами много свободного пространства. При нажатии частицы сближаются, и газ занимает меньший объём. В жидкости и твёрдом теле частицы уже расположены тесно, поэтому свободного места для заметного сжатия мало.

Сравнить три состояния вещества можно с помощью одинаковых наблюдений. Поместите камешек, воду и воздух в разные ёмкости и проверьте, сохраняют ли они форму и объём, текут ли и изменяется ли их объём при нажатии. Такой опыт показывает: твёрдое тело сохраняет форму, жидкость — объём, а газ заполняет всё пространство.

Сравнение свойств твёрдых тел, жидкостей и газов

Таблицу удобно читать по строкам, если нужно сравнить одно свойство у разных состояний. По столбцам можно проверить все основные признаки одного состояния вещества. Слова «почти нет» и «мало» означают, что в обычных условиях сжатие незаметно или очень невелико.

Разбор задач

Задача 1

Нужно распределить камень, воду и воздух по трём группам: твёрдые тела, жидкости и газы. Для каждого объекта требуется назвать одно наблюдаемое свойство. Сначала определим, как каждый объект ведёт себя сам по себе.

1. Камень сохраняет собственную форму и объём, значит, это твёрдое тело.
2. Вода переливается и принимает форму сосуда, сохраняя при этом объём, значит, это жидкость.
3. Воздух невидим, но занимает пространство и заполняет ёмкость, значит, это газ.

Ответ: камень — твёрдое тело, сохраняет форму; вода — жидкость, течёт и принимает форму сосуда; воздух — газ, заполняет доступное пространство.

Задача 2

Воду перелили из широкого стакана в узкую бутылку. Нужно выяснить, что изменилось, а что осталось прежним. Для ответа сравним воду до и после переливания.

1. В широком стакане вода занимала широкую и невысокую часть пространства.
2. В бутылке вода расположилась выше и стала соответствовать узкой форме сосуда.
3. Количество воды не изменилось, если ничего не пролилось, поэтому её объём остался прежним.

Ответ: изменилась форма воды и высота её слоя. Объём воды остался прежним, потому что жидкость сохраняет объём.

Задача 3

В закрытом шприце без иглы находится воздух. Поршень можно сдвинуть, а шприц с водой сдвинуть гораздо труднее. Объясним разницу через расположение частиц.

1. В воздухе между частицами есть большие промежутки.
2. При нажатии поршня частицы воздуха сближаются, поэтому его объём уменьшается.
3. В воде частицы расположены близко, и свободного пространства мало, поэтому сжать воду значительно труднее.

Ответ: воздух легко сжимается, потому что между его частицами много свободного места. Вода сжимается намного слабее из-за плотного расположения частиц.

Типичные ошибки

Считать, что жидкость сохраняет форму. Такую ошибку допускают, когда путают постоянный объём с постоянной формой. Перелейте воду в сосуд другой формы: если форма изменится, значит, сохраняется не она, а объём.

Считать, что газ имеет форму сосуда. Газ не просто повторяет очертания сосуда, а распространяется по всему доступному объёму. Проверить это можно, выпустив воздух в пустую коробку: он займёт всё её пространство.

Утверждать, что твёрдое тело нельзя изменить или сжать совсем. В обычных условиях твёрдые тела сохраняют форму и сжимаются очень мало, но удар или давление могут их деформировать. Для проверки нужно различать «трудно изменить» и «невозможно изменить».

Путать воздух с пустотой. Воздух невидим, поэтому кажется, что его нет. Надутый шарик или движение поршня показывают, что воздух занимает место и обладает свойствами газа.

Связь с другими темами

Для изучения этой темы нужно уметь различать предмет и вещество, описывать наблюдаемые признаки и сравнивать объекты. Например, стакан — предмет, а вода в нём — вещество; их нельзя называть одним и тем же.

Знания о трёх состояниях вещества пригодятся при изучении круговорота воды и погоды. Испарение, образование облаков, дождь и замерзание воды связаны с изменениями состояния вещества и его свойств.

Что запомнить

• Твёрдое тело сохраняет форму и объём.
• Жидкость сохраняет объём, но принимает форму ёмкости.
• Жидкость может течь.
• Газ не сохраняет собственные форму и объём.
• Газ заполняет всю ёмкость, в которой находится.
• Газы обычно сжимаются легче, чем жидкости и твёрдые тела.