В физике не только наблюдают и описывают явления и свойства тел, но и стремятся объяснить их. Например, как объяснить, почему вода, пролитая на гладкий пол, растекается по нему, а не остается в одном месте? Почему газ легко сжать, а твердое тело и жидкость — очень трудно? Почему нагретый кусок стали легче изогнуть или расплющить, чем холодный?
Ответить на эти и многие другие вопросы можно, но для этого нужно знать строение вещества.
Знания о строении вещества позволяют не только объяснить многие физические явления. Они помогают предсказывать, как будет происходить явление, что нужно сделать, чтобы его ускорить, или замедлить, т. е. помогают управлять явлениями.
Изучив строение тел, можно объяснить их свойства, а также создать новые вещества с нужными человеку свойствами — твердые и прочные сплавы, жароупорные материалы. С помощью науки созданы, например, такие материалы, как пластмассы, искусственный каучук, капрон, нейлон. Все эти материалы нашли широкое применение в технике, медицине и быту.
О строении вещества позволяют судить некоторые явления и опыты.
Если сжать руками мяч, то объем воздуха, заполняющего мяч, уменьшится. Сжатием можно уменьшить и объем куска резины, воска.
Объем тела изменяется также при его нагревании и охлаждении. На рисунке 11 изображена стеклянная колба, горлышко которой погружено в воду. При нагревании воздух вытесняет воду из горлышка колбы, и пузырьки его начинают выходить наружу, — значит, объем воздуха при нагревании увеличивается (рис. 11, а). При охлаждении колбы в нее входит вода — объем оставшегося в ней воздуха уменьшается (рис. 11, б).
Стальной шарик, свободно проходящий через кольцо, после нагревания расширится и застрянет в кольце (рис. 12). Когда шарик охладится, его объем уменьшится, и он снова пройдет сквозь кольцо.
Расширение жидкости при нагревании можно обнаружить на опыте по увеличению ее уровня в трубке (рис. 13). Итак, опыты показывают, что объем тела может изменяться: уменьшаться или увеличиваться. Почему это происходит?
Это явление можно объяснить, предположив, что вещества состоят из отдельных частиц, между которыми есть промежутки. Когда частицы отодвигаются друг от друга, объем тела увеличивается. При сближении частичек объем уменьшается. Такие предположения в науке называют гипотезами, достоверность их проверяют опытами.
Почему же вещества – вода, сталь, дерево — кажутся нам сплошными? Дело в том, что частицы, из которых состоят вещества, так малы, что мы их не видим.
Представление о размерах этих частиц дает следующий опыт (см. цветную вклейку I, вверху). Маленькую крупинку краски растворяют в воде, налитой в стакан. Затем немного окрашенной воды отливают в другой стакан и доливают его чистой водой. Во втором стакане раствор окрашен слабее, чем в первом. Из второго стакана отливают немного раствора в третий стакан и снова доливают его чистой водой. Так проделывают несколько раз и с каждым разом убеждаются, что раствор становится все более светлым.
Рассмотрим последний раствор. Он хотя и очень слабо, но равномерно окрашен, — следовательно, в каждой его капле содержатся частицы краски. А ведь в воде растворили очень маленькую крупинку краски, и лишь часть ее попала в последний раствор. Значит, крупинка состояла из многих частиц, размеры которых очень малы.
Эти и многие другие наблюдения и опыты, о которых будет рассказано дальше, показывают, что все тела состоят го очень маленьких частиц.
1. Для чего нужно знать строение вещества? 2. Какие вы знаете материалы, созданные человеком? 3. Какие явления показывают, что вещества состоят из частиц, разделенных промежутками? 4. Как изменяете объем тела при уменьшении или увеличении расстояний между его частицами? 5. Как показать, что эти частицы очень малы?
