Физические тела и вещество
Любой окружающий предмет можно описать двумя способами: как физическое тело определённой формы и размеров и как вещество, из которого это тело состоит. Такое различие помогает правильно отвечать на вопросы о свойствах материалов, изменениях состояния и физических явлениях.
Физическое тело и вещество
Физическое тело — отдельный предмет, имеющий форму, объём и границы. Примеры тел: стакан, капля воды, железный гвоздь, воздушный шар, планета Земля. Одно и то же тело может быть составлено из нескольких веществ: карандаш состоит из древесины, графита, краски и металла.
Вещество — это вид материи, из которого состоят физические тела. Например, вода — вещество, а стакан воды — физическое тело, содержащее это вещество. Железо — вещество, а железный гвоздь — тело.
Тело отвечает на вопрос «что это за предмет?», а вещество — «из чего он сделан?». Вещество может образовывать разные тела: из стекла делают окно, линзу и бутылку. Одно тело иногда содержит несколько веществ, а несколько тел могут состоять из одного вещества.
| Физическое тело | Вещество в его составе |
|---|---|
| медная проволока | медь |
| снежок | вода в твёрдом состоянии |
| воздушный шар | резина и воздух |
| железная скрепка | железо |
| стакан с водой | стекло и вода |
Если в условии названы форма, размеры, масса или объём предмета, речь обычно идёт о теле. Если названы плотность, цвет, растворимость, температура плавления или электропроводность, речь идёт о веществе.
Свойства веществ
Физические свойства вещества можно наблюдать или измерять, не превращая вещество в другое. К ним относятся цвет, запах, прозрачность, плотность, твёрдость, упругость, растворимость, теплопроводность, электропроводность, температура плавления и температура кипения.
- Медь хорошо проводит электрический ток и тепло, поэтому её используют в проводах.
- Стекло прозрачно, но хрупко и плохо проводит тепло.
- Вода — жидкость при обычных условиях, растворяет многие вещества.
- Железо твёрдое, прочное и притягивается магнитом.
- Резина упругая и почти не проводит электрический ток.
Свойство относится к веществу, если оно характерно для образца независимо от его формы. Например, медная проволока и медная пластина различаются формой, но обе обладают хорошей электропроводностью. Объём и масса, напротив, зависят от количества вещества и относятся к макроскопическим величинам.
Плотность \(\rho\) показывает, какая масса вещества содержится в единице объёма: \(m\) — масса, \(V\) — объём. Плотность является характеристикой вещества при заданных условиях, а масса и объём отдельного тела могут изменяться при изменении его размеров.
Если два тела сделаны из одного вещества, их форма и размеры могут быть разными, но одинаковыми остаются характерные свойства вещества: плотность, температура плавления, электропроводность и другие.
Физические явления
Физическое явление — изменение, при котором вещества не превращаются в новые вещества. При этом могут изменяться форма тела, его положение, скорость движения, температура или агрегатное состояние. Например, падение камня, нагревание воды, плавление льда и распространение звука — физические явления.
- Механические явления связаны с движением тел: движение автомобиля, падение мяча, вращение колеса.
- Тепловые явления связаны с нагреванием, охлаждением и изменением агрегатного состояния: таяние льда, кипение воды, образование инея. Их изучение связано с тепловым движением частиц и температурой.
- Электрические явления связаны с электрическими зарядами и током: свечение лампы, электризация волос, работа электроприбора.
- Магнитные явления проявляются во взаимодействии магнитов и магнитных материалов.
- Световые явления связаны с распространением и взаимодействием света: тень, отражение в зеркале, радуга.
- Звуковые явления связаны с колебаниями и распространением волн в среде.
При физическом явлении состав вещества сохраняется. Лёд, вода и водяной пар состоят из одного и того же вещества — воды, хотя отличаются состоянием и свойствами. Более подробно строение вещества и движение его частиц рассматриваются на странице строение вещества.
При физическом явлении новые вещества не образуются: лёд тает, бумага сгибается, мяч движется. При химическом явлении одни вещества превращаются в другие: железо ржавеет, бумага горит, молоко прокисает. Иногда явления происходят одновременно, поэтому важно определить главное изменение.
Что в приведённой паре является веществом, а не телом?
Связь с давлением и теплотой
Физические тела могут действовать друг на друга. Например, тело давит на опору или поверхность. Для понимания таких задач нужно различать действующую силу и площадь опоры: давление показывает, как сила распределяется по площади. Это понятие связано со страницами сила давления и давление твёрдых тел.
Здесь \(p\) — давление, \(F\) — сила давления, \(S\) — площадь поверхности, на которую действует сила. При одинаковой силе увеличение площади уменьшает давление, а уменьшение площади увеличивает его. Давление измеряют в паскалях; единицы подробно разобраны на странице единицы давления.
Нагревание и охлаждение также являются физическими явлениями. При передаче теплоты может измениться температура тела или его агрегатное состояние. Внутри вещества частицы постоянно движутся; при нагревании в среднем увеличивается энергия их движения. При этом само вещество может оставаться тем же: вода при кипении превращается в пар, но не становится новым веществом.
Разобранный пример
На столе лежит медная пластина массой \(m=0{,}89\) кг. Её площадь опоры \(S=0{,}01\) м². Определим, что в описании является телом и веществом, какое явление происходит при нагревании пластины на 20 °C, а также найдём давление пластины на стол. Считаем \(g=10\) Н/кг.
Ответ: тело — медная пластина, вещество — медь; нагревание — физическое явление; давление на стол равно \(890\) Па.
1. Не называйте воду телом во всех случаях: вода — вещество, а стакан воды можно рассматривать как тело или систему тел. 2. Не путайте массу тела со свойством вещества: масса зависит от количества вещества. 3. При вычислении давления не подставляйте массу вместо силы: сначала найдите \(F=mg\). 4. Плавление, кипение и замерзание не являются химическими реакциями, если состав вещества сохраняется.
Проверка понимания
Итоговый тест
Главное
- Физическое тело — отдельный предмет с формой, объёмом и границами; вещество — то, из чего тело состоит.
- Свойства вещества: плотность, твёрдость, цвет, растворимость, электропроводность, температуры плавления и кипения и другие.
- Физическое явление не приводит к образованию новых веществ; к ним относятся движение, нагревание, плавление, кипение, звук и свет.
- Давление вычисляют по формуле \(p=F/S\), а плотность — по формуле \(\rho=m/V\).
- В задачах сначала определяйте, где тело, где вещество и какое явление описано, а затем выбирайте нужную формулу.