https://manuale.edu.ro/manuale/Clasa%20a%20VI-a/Fizica%20in%20limba%20maghiara/EDP3/A639.pdf

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE.

FIZICĂ.

MANUAL PENTRU CLASA A 6-A.

EDITURA DIDACTICĂ ŞI PEDAGOGICĂ S.A.

Autori:
Carmen Gabriela Bostan.

Ioana Stoica.

Rodica Perjoiu.

Mihaela Mariana Țura.

●●

PREZENTAREA MANUALULUI. 5
Competențe generale. Competențe specifice. 6
1. INTRODUCERE ÎN STUDIUL FIZICII. 7
Ce este fizica?. 7
De ce să studiem fizica?. 8
Reguli de protecția muncii în laboratorul de fizică. 9
2. CONCEPTE DE BAZĂ ÎN FIZICĂ. 11
2.1. MĂRIMI FIZICE. 11
2.1.1. Mărimi fizice. 11
2.1.2. Fenomen fizic. 12
2.1.3. Unități de măsură.. 12
2.1.4. Multiplii și submultiplii unităților de măsură.. 13
2.2. DETERMINAREA VALORII UNEI MĂRIMI FIZICE. 16
2.2.1. Măsurarea directă a lungimii. 16
2.2.2. Măsurarea directă a ariei. 21
2.2.3. Determinarea indirectă a ariei. 21
2.2.4. Măsurarea directă a volumului. 23
2.2.5. Determinarea indirectă a volumului. 24
2.2.6. Măsurarea directă a intervalului de timp. 26
3. FENOMENE MECANICE. 31
3.1. MIȘCARE ȘI REPAUS. 31
3.1.1. Corp. Mobil. Reper. Sistem de referinţă. Mişcare şi repaus. Traiectorie. 31
3.1.2. Distanţa parcursă. Durata mişcării. 33
3.1.3. Viteza medie. Unităţi de măsură. Caracteristicile vitezei (direcţie, sens). 35
3.1.4.a. Mişcarea rectilinie uniformă.. 38
3.1.4.b. Reprezentarea grafică a mişcării. 40
3.1.5. Punerea în mişcare şi oprirea unui corp. Acceleraţia medie, unitate de măsură.. 45
3.1.6. Extindere: Mişcarea rectilinie uniform variată (descriere calitativă). 46
3.2. INERŢIA. 51
3.2.1. Inerţia, proprietate generală a corpurilor. 51
3.2.2. Masa, măsură a inerţiei. Unităţi de măsură. 52
3.2.3. Măsurarea directă a masei corpurilor. Cântărirea. 52
3.2.4. Densitatea corpurilor, unitate de măsură. Determinarea densităţii. 53
3.3. INTERACŢIUNEA. 57
3.3.1. Interacţiunea, efectele interacţiunii. 57
3.3.2. Forţa, măsură a interacţiunii. Unitate de măsură pentru forță. Dinamometrul. 59
3.3.3. Exemple de forţe (greutatea, forţa de frecare, forţa elastică). 60
4. FENOMENE TERMICE. 69
4.1. STARE TERMICĂ. TEMPERATURĂ. 69
4.1.1. Stare termică. Contact termic. Echilibru termic. 69
4.1.2. Temperatura, măsurarea temperaturii, scări de temperatură. 69
4.1.3. Modificarea stării termice. Încălzire, răcire (transmiterea căldurii). 71
4.2. EFECTE ALE SCHIMBĂRII STĂRII TERMICE. 77
4.2.1. Dilatare/Contracţie. 77
4.2.2. Transformări de stare de agregare. 79
5. FENOMENE ELECTRICE ȘI MAGNETICE. 85
5.1. MAGNEŢI, INTERACŢIUNI ÎNTRE MAGNEŢI, POLI MAGNETICI. 85
5.2. MAGNETISMUL TERESTRU. BUSOLA.. 87
4
5.3. STRUCTURA ATOMICĂ A SUBSTANŢEI. FENOMENUL DE ELECTRIZARE (EXPERIMENTAL), SARCINĂ ELECTRICĂ. 89
5.3.1. Electrizarea prin frecare. 89
5.3.2. Electrizarea prin contact. Pendulul electrostatic. 91
5.3.3. Electrizarea prin influență. 92
5.4. FULGERUL. CURENT ELECTRIC. 94
5.4.1. Scânteia electrică. 94
5.4.2. Trăsnetul. 95
5.4.3. Fulgerul. 96
5.5. GENERATOARE, CONSUMATORI, CIRCUITE ELECTRICE. 97
5.5.1. Conductori și izolatori. 97
5.5.2. Circuit electric. 98
5.6. CONDUCTOARE ŞI IZOLATOARE ELECTRICE.100
5.7. CIRCUITUL ELECTRIC SIMPLU. ELEMENTE DE CIRCUIT, SIMBOLURI.101
5.8. GRUPAREA BECURILOR ÎN SERIE ŞI ÎN PARALEL.103
5.8.1. Circuit serie.104
5.8.2. Circuit paralel.104
5.8.3. Scurtcircuitul.104
5.9. NORME DE PROTECȚIE ÎMPOTRIVA ELECTROCUTĂRII.106
6. FENOMENE OPTICE.112
6.1. INTRODUCERE.112
6.2. LUMINA: SURSE DE LUMINĂ. CORPURI TRANSPARENTE, TRANSLUCIDE, OPACE.112
6.2.1. Lumina.112
6.2.2. Surse de lumină.113
6.2.3. Corpuri transparente, translucide, opace.113
6.3. PROPAGAREA RECTILINIE A LUMINII. VITEZA LUMINII.114
6.3.1. Propagarea rectilinie a luminii..114
6.3.2. Viteza luminii.115
6.4. UMBRA.116
6.4.1. Extindere: Producerea eclipselor.118
6.5. DEVIEREA FASCICULELOR DE LUMINĂ: REFLEXIA ŞI REFRACŢIA (EXPERIMENTAL, DESCRIERE CALITATIVĂ).123
6.5.1. Reflexia.123
6.5.2. Refracţia.129
RECAPITULARE FINALĂ.135
RĂSPUNSURI.141
BIBLIOGRAFIE.143
5
Prezentul manual este elaborat în concordanţă cu programa şcolară pentru disciplina Fizică, clasa a 6-a, aprobată prin OMEN nr. 3393/28.02.2017. Acesta conţine şase capitole, organizate în lecţii: Introducere în studiul fizicii. Concepte de bază în fizică. Fenomene mecanice.
Fenomene termice. Fenomene electrice şi magnetice.
Fenomene optice.

Manualul propune abordarea disciplinei din perspectiva investigației științifice, care implică: proiectarea demersului investigativ, interpretarea științifică a datelor și a dovezilor. explicarea științifică a fenomenelor.

În manual veţi întâlni conţinuturi marcate astfel:
Reţine / Concluzii / Definiții
Activităţi experimentale /
LUCRARE DE LABORATOR.
Rezumat.
Activitate interdisciplinară.
Activităţi de învăţare şi de autoevaluare.
Atenție!!!
La sfârşitul fiecărui capitol este prezentată o casetă cu Rezumat, care conţine formulele și definiţiile reprezentative. De asemenea, există un desen recapitulativ care-i ajută pe elevi să identifice fenomenele, mărimile fizice, aplicațiile aferente și să folosească competențele dobândite în construirea propriului lor desen. Manualul se termină cu o recapitulare finală, care propune probleme recapitulative și realizarea unor proiecte integrate. La sfârșit, este o secțiune de răspunsuri la problemele propuse spre rezolvare.

Faţă de varianta tipărită, varianta digitală cuprinde activităţi multimedia de învăţare. Acestea sunt identificate în manual prin simbolul și completate cu specificaţiile AMII static, animat sau interactive.

Fiecare dintre acestea va cuprinde:
AMII static
• imagini. desene.
• grafice.
• hărţi conceptuale.
• fişe de lucru.
• referatul experimentelor.
• curiozităţi.
• extinderi.
• teste de evaluare.
• răspunsuri la probleme.
• proiecte.
AMII animat.
• filme.
• experimente.
AMII interactiv.
• modelări de experimente.
• teste de evaluare .
6
COMPETENȚE GENERALE.
1. Investigarea ştiinţifică structurată, în principal experimentală, a unor fenomene fizice simple, perceptibile.
2. Explicarea ştiinţifică a unor fenomene fizice simple şi a unor aplicaţii tehnice ale acestora.

3. Interpretarea unor date şi informaţii, obţinute experimental sau din alte surse, privind fenomene fizice simple şi aplicaţii tehnice ale acestora.

4. Rezolvarea de probleme/situaţii problemă prin metode specifice fizicii
COMPETENȚE SPECIFICE.
1.1. Realizarea unor investigații simple referitoare la lungime, arie, volum și timp pentru explorarea proprietăţilor acestora.
1.2. Folosirea metodelor de înregistrare experimentală pentru determinarea lungimilor, ariilor, volumelor și duratelor.
1.3. Scrierea corectă a valorii unei mărimi obținute în urma determinărilor experimentale.
2.1. Identificarea în natură și în aplicații tehnice uzuale a mărimilor fizice studiate (lungime, arie, volum și timp).
2.2. Descrierea calitativă a unor fenomene fizice simple referitoare la lungime, arie, volum și timp, identificate în natură și în aplicații tehnice uzuale.
2.3. Respectarea regulilor stabilite pentru protecția propriei persoane, a celorlalți și a mediului în timpul utilizării diferitelor instrumente, aparate, dispozitive pentru măsurarea lungimilor, ariilor, volumelor și timpului
3.1. Extragerea de date şi informaţii ştiinţifice relevante din observaţii proprii referitoare la lungimi, arii, volume, timp.
3.2. Organizarea datelor experimentale sub formă de tabele.
3.3. Formularea unor concluzii simple cu privire la datele obţinute şi la evoluţia propriei experienţe de învăţare referitoare la lungimi, arii, volume și timp.
4.1. Utilizarea unor mărimi fizice (lungime, arie, volum, timp) pentru a răspunde la întrebări/probleme.
4.2. Folosirea unor modele simple pentru rezolvarea unor probleme. simple/situaţii problemă experimentale referitoare la lungime, arie, volum și timp .
7
CAPITOLUL 1. Introducere în studiul fizicii.
Ce este fizica?
Suflă într-un balon de săpun şi observă. Ai putea sa îl studiezi toată viaţa şi să tragi concluzie după concluzie în fizică.

(Cuvinte celebre despre fizică – Lord Kelvin).
Creează un balon de săpun și privește cu atenție la el (figura 1.1). Descrie ce vezi și formulează concluzii.

Cuvântul fizică provine din grecescul physis, care înseamnă natură. Fizica este o știință fundamentalăa naturii care studiază formele de existență ale materiei și mișcările ei. Aplicând noțiunile învățate la fizică, vei putea explica majoritatea fenomenelor întâlnite în viața de zi cu zi.

Observarea și măsurarea sunt activități fundamentale în fizică. Pornind de la observarea unor fenomene din natură se realizează experimente în laborator, în cadrul cărora se fac măsurători cu scopul de a găsi legile fizice și formulele matematice care guvernează fenomenul studiat.

1. Introducere în studiul fizicii.
figura 1.1.
8
De ce să studiem fizica?
Fizica te învață să observi, să gândești logic, să experimentezi și să inovezi. Deprinderile pe care lea re un fizician sunt foarte căutate de angajatori în tehnologiile de vârf din diferite domenii:
- Astronomie și astrofizică (figura 1.2, 1.3).
- Medicină (figura 1.4).
- Inginerie (energetică, transport, construcții, automatică și calculatoare, construcții de mașini, telecomunicații, tehnologia informației, hidrotehnică (figura 1.5) etc..
- Sport, arte, activități în timpul liber (figura 1.6).

Studiază mai întâi ştiinţa şi continuă apoi cu practica născută din această ştiinţă.

(Leonardo da Vinci)
Figura 1.4. Medicina are nevoie de fizicieni.

Figura 1.2. Știința nu înseamnă numai a studia în bibliotecă ci și a vedea, a înțelege și a acționa în lumea care ne înconjoară.

Figura 1.5. A găsi noi surse de energie este o provocare permanentă pentru fizicieni!
Figura 1.3. Ideile originale au condus la descoperirile din fizică.

Figura 1.6. Activitățile de relaxare, cele sportive și artele au beneficiat de cercetările și descoperirile din domeniul fizicii (telecomunicațiile, dezvoltarea microelectronicii, studiul mișcării, studiul luminii etc.).
9
Reguli de protecția muncii în laboratorul de fizică.
1. Îmbrăcămintea trebuie să fie adecvată activităților practice în laborator.
- Pe parcursul activităţilor de laborator, evitaţi să purtaţi accesorii voluminoase. Părul lung trebuie să fie legat la spate, iar nasturii de la mâneci, încheiaţi.

2. Păstrați ordinea pe masa de lucru.
- Pe masa de lucru vor fi doar dispozitivele necesare efectuării experimentului și caietul de notițe.
- Îndepărtați obiectele care nu sunt necesare de pe masa pe care se efectuează experimentele.
-Raportați orice produs deteriorat sau care nu funcționează.
- Faceți ordine pe masa de lucru la terminarea orei.

3. Lucraţi în laborator numai sub supravegherea profesorului.
- Fiți atenți la indicațiile/avertismantele profesorului.
-Experimentele de laborator sunt întâi aprobate de către profesor și apoi sunt puse în aplicare de elevii de la fiecare masă.
- Joaca în laborator este interzisă.
-Raportați-i profesorului orice incident, chiar dacă îl considerați minor.
-Nu lăsaţi echipamentele nesupravegheate în timpul funcţionării.
-Nu efectuaţi experimente neautorizate de profesor şi nu schimbaţi destinaţia materialelor sau a echipamentelor. Folosiţi numai materialele şi echipamentele enumerate în lista de echipamente din fişa de activitate sau autorizate de profesor. Urmaţi etapele specificate în fişa de lucru sau descrise în manual şi aprobate de profesor.
-Nu folosiţi echipamentele de laborator decât pentru scopul propus.
-Alimentele, băuturile şi guma de mestecat nu sunt permise în laborator.
-Aveţi grijă de cei din jurul vostru sau de echipamente atunci când se efectuează un experiment.

Dacă nu sunteţi sigur cum se procedează, întrebaţi profesorul.

4. Manifestaţi extremă prudenţă atunci când lucraţi cu plite sau alte dispozitive de încălzire.
-Ţineţi capul, mâinile, părul şi îmbrăcămintea departe de flacără sau zonele încinse.
- Închideţi dispozitivele de încălzire atunci când nu sunt folosite.
-Asiguraţi-vă că toate dispozitivele de încălzire şi arzătoarele de gaz sunt închise înainte de a pleca din laborator.
-Nu lăsaţi niciodată o plită electrică sau un alt dispozitiv de încălzire nesupravegheat atunci când este în uz.
-Așteptaţi ca toate elementele să se răcească înainte de depozitare.

5. Manifestaţi prudenţă atunci când lucraţi cu echipamente electrice.
-Nu utilizaţi echipamente electrice cu fire neizolate.
10
-Asiguraţi-vă că aveţi mâinile uscate înainte de a utiliza echipamentele electrice.
- Închideți toate dispozitivele electrice când ați terminat experimentul.
-Elevii nu vor face legături la priză fără controlul profesorului.

6. Spălaţi-vă pe mâini cu apă şi săpun la încheierea fiecărei activităţi de laborator.

7. Aerisiți laboratorul înainte de a pleca.

●●

CAPITOLUL 2.
Concepte de bază în fizică.

2.1. MĂRIMI FIZICE.

2.1.1. Mărimi fizice.

Natura este formată din corpuri. Banca, tabla, cartea, caietul, pietrele de râu, apa mărilor și a oceanelor, aerul, Pământul, Luna, Soarele etc., toate sunt corpuri. Dintre toate proprietățile pe care le au corpurile, o parte sunt proprietăți fizice (forma, culoarea, starea de agregare, divizibilitatea etc.). În continuare, ne vom referi numai la proprietățile fizice ale corpurilor.

Corpurile se caracterizează prin unele proprietăți particulare, care le deosebesc unele de altele, dar există și proprietăți generale, pe care le au toate corpurile.

Exemple de proprietăţi particulare ale corpurilor: gustul, mirosul, culoarea, rezistenţa la întindere, forma etc.

Exemple de proprietăţi generale ale corpurilor:
- corpurile sunt formate din substanțe.
- corpurile ocupă un spațiu, numit volum.
- corpurile se pot afla în una dintre stările de agregare: solidă, lichidă, gazoasă.

Având în vedere posibilitatea ca, pe baza unei proprietăți, să ordonăm corpurile în ordine crescătoare (sau descrescătoare), putem distinge:
- proprietăți care nu pot fi folosite pentru ordonarea corpurilor: forma, gustul, mirosul etc.

- proprietăți care pot fi folosite pentru ordonarea corpurilor: lungime, volum, densitate etc.

Proprietățile fizice măsurabile ale unui corp sunt acele proprietăți care pot fi măsurate cu ajutorul unui dispozitiv și cu ajutorul cărora corpurile pot fi ordonate.

Exemple: lungimea creionului este de 12 centimetri, volumul apei din sticlă este de un Litru, densitatea apei este de un gram pe centimetru cub.

Reține: Orice proprietate fizică pentru care se pot face măsurători se numește proprietate măsurabilă.

O proprietate măsurabilă determină o mărime fizică. Mărimile fizice se notează cu simboluri.

De exemplu, simbolul folosit pentru distanță este d, simbolul folosit pentru arie este A, simbolul folosit pentru timp este t etc.

Învață și reține folosind scheme!

CORP.

Proprietăți caracteristice.
Formă, gust, culoare.

Proprietăţi generale.
Formate din substanţe.
Volum, stare de agregare.

Proprietăți neordonabile.
Formă, miros, gust.

Proprietăți ordonabile (măsurabile).
Mărimi fizice.
Lungime, volum, densitate.

●●

2.1.2. Fenomen fizic.

Observarea corpurilor din natură a arătat că, în anumite condiții, proprietățile acestora se pot schimba. Astfel, primăvara gheața se topește, adică apa trece din starea solidă în starea lichidă, poziția Soarelui pe cer se schimbă în timpul zilei etc.

Concluzie: Un fenomen fizic, sau proces fizic, se produce atunci când una dintre mărimile fizice ce caracterizează un corp se modifică în timp.

Reține: Fenomenele fizice sunt observabile, măsurabile și reproductibile.

Exemple de fenomene fizice: topirea gheții, fierberea apei, schimbarea poziției unui corp față de altul (mișcarea corpurilor), aprinderea unui bec, orientarea acului busolei pe direcția Nord – Sud, formarea curcubeului, auzirea vocii la telefonul mobil, imaginea de la televizor etc.

Învață și reține folosind imagini! Ce fenomene fizice sunt redate în figurile 2.1, 2.2 și 2.3?

2.1.3. Unități de măsură.

Pentru a măsura lățimea l a palmei (vezi figura 2.4), trebuie să o comparăm cu mărimea unui segment de pe riglă notat cu d. Se observă că lățimea palmei este de 8 ori mai mare decât d. Rezultatul comparării se va scrie sub forma: l = 8d.
Am realizat astfel măsurarea lățimii palmei, unde d este unitatea de măsură.

Concluzie: A măsura o mărime fizică înseamnă a o compara cu o altă mărime de aceeași natură, aleasă ca unitate de măsură.

Pentru măsurarea lățimii palmei (figura 2.4) am folosit:
- unitatea de măsură: d.
- instrumentul de măsură: rigla.
- procedeul de măsurare: compararea.

Reține: Stabilirea unităților de măsură se face prin convenții internaționale. Pentru măsurarea unei mărimi fizice trebuie precizate:
- unitatea de măsură.
- instrumentul de măsură.
- procedeul de măsurare.

La nivel internațional s-a convenit să existe un sistem unic de mărimi și unități de măsură, numit Sistemul Internațional de mărimi și unități (abrevierea fiind eS I). Acesta se aplică în România din 1960.

●●

Mărimea fizică. Simbolul mărimii fizice. Unitatea de măsură în eS I.
Simbolul unității de măsură. Instrumentul de măsură.

Lungimea. litera eL mare. metrul. metrul. rigla, ruleta, metrul.
Aria (suprafața). litera eS mare. metrul pătrat. metrul pătrat. hârtia milimetrică.
Volumul. litera Ve mare. metrul cub. metrul cub. cilindrul gradat.
Durata (timpul). litera te mic. secunda. secunda. ceasul, cronometrul.
Viteza. litera ve mic. metrul pe secundă. metrul pe secundă. vitezometrul.

Pentru a exprima faptul că unitatea de măsură a lungimii în eS I este metrul se folosește scrierea simbolică eL mare în eS I = metrul (Simbolul eL în eS I se citește „unitatea de măsură pentru lungime în eS I, iar pentru viteză, ve în eS I = metru pe secundă, și se citește „unitatea de măsură pentru viteză în eS I este metrul pe secundă.

Reține: Pentru a exprima valoarea unei mărimi fizice trebuie să notezi:
• simbolul mărimii fizice.
• valoarea numerică.
• unitatea de măsură.

Înălțimea este 98 centimetri.
h = 98 centimetri.

simbolul mărimii fizice.
valoarea numerică.
unitatea de măsură.

2.1.4. Multiplii și submultiplii unităților de măsură.
Reține: Multiplul este o unitate de măsură mai mare decât unitatea de măsură stabilită în eS I.

Exemple: Kilometrul este multiplul metrului, hectometrul pătrat este multiplul metrului pătrat.

Reține: Submultiplul este o unitate de măsură mai mică decât unitatea de măsură stabilită în eS I.

În denumirea multiplilor și a submultiplilor se folosesc prefixe, care au anumite simboluri și anumite semnificații.

Prefix. Simbol. Semnificație. exemple.
kilo, litera k mic, de 1000 de ori mai mare decât unitatea. un kilometru = 1000 metri.
hecto, litera h mic, de 100 de ori mai mare decât unitatea. un hecto metru = 100 metri.
deca, da, de 10 ori mai mare decât unitatea. un deca metru = 10 metri.
decii, litera d mic, de 10 ori mai mic decât unitatea. un deca metru = 0,1 metri.
centi, litera c mic, de 100 de ori mai mic decât unitatea. un centimetru = zero virgulă zero unuu metri.
mili, litera em mic, de 1000 de ori mai mic decât unitatea. un milimetru = 0,001 metri.

●●

Activități de învățare.

Efectuarea de transformări de unităţi de măsură în sistemul internaţional pe baza relaţiilor dintre multipli şi submultipli.
1. Transformări între multiplii și submultiplii metrului.
Folosește tabelul cu multiplii și submultiplii metrului din figura 2.5 sau 2.6.

Procedăm astfel:
1. mai întâi trebuie să așezăm corect numărul dorit în tabel (figura 2.5 și 2.6) știind că:
- în fiecare coloană se trece o singură cifră.
- cifra unităților trebuie așezată în coloana corespunzătoare (este cifra încercuită).
- virgula se pune pe linia din dreapta unităților.
2. trebuie să mutăm virgula pe linia din dreapta noilor unități (figura 2.5 și 2.6).
3. coloanele libere se completează cu cifra zero (zero după virgulă nu se pune, iar înaintea virgulei, se pune un singur zero).

Vezi exemplele din figurile 2.5 și 2.6.

Figura 2.5.
27,5 decametri = 27500 centimetri.
Figura 2.6.
25,3 centimetri = 0,0253 decametri.

Reține:
- Dacă transformi o unitate mai mare într-o unitate mai mică trebuie să înmulțești cu puteri ale lui zece – echivalent cu mutarea virgulei spre dreapta.

- Dacă transformi o unitate mai mică într-o unitate mai mare trebuie să împarți la puteri ale lui zece – echivalent cu mutarea virgulei spre stânga.

Vei putea realiza aceste transformări din minte dacă reții ordinea multiplilor și a submultiplilor, conform tabelelor de mai sus, și știi în ce sens și peste câte căsuțe (cifre) trebuie deplasată virgula pentru a ajunge la noua unitate.

2. Transformări între multiplii și submultiplii metrului pătrat.
Folosește un tabel cu multiplii și submultiplii metrului pătrat (figura 2.7 sau 2.8) în care fiecărei unități de măsură din tabel îi vor corespunde două coloane (numărul de coloane este egal cu puterea la care se află metrul).

Procedează ca la tabelul pentru metru, cu deosebirea că în acest caz cifra unităților trebuie așezată în coloana din dreapta, corespunzătoare unității inițiale sau finale (figura 2.7 sau 2.8).

Urmărește exemplele alăturate.

Figura 2.7.
37,2 decametri pătraţi = 37200000 centimetri cubi.

●●

Figura 2.8.
5322 decimetri pătraţi = 0,005322 hectometri pătraţi.

3. Transformări între multiplii și submultiplii metrului cub.
Folosește un tabel cu multiplii și submultiplii metrului cub. (figura 2.9 sau 2.10) în care fiecărei unități de măsură din tabel îi vor corespunde trei coloane (numărul de coloane este egal cu puterea la care se află metrul).

Procedează la fel ca în cazurile precedente.

Vezi exemplele din figurile 2.9 sau 2.10.

Figura 2.9.
78,2 decametri cubi = 78200000 decimetri cubi.
Figura 2.10.
9342 centimetri cubi = 0,00000000934 hectometri cubi.

Reține: un decimetru cub = un litru.
Tabelul din figura 2.11 te va ajuta să faci transformări între multiplii și submultiplii litrului.

Exerciții de autoevaluare.

Realizează transformările indicate mai jos.

1) 250 decametri = câţi centimetri?
2) 0,8924 km = câți centimetri?
3) 0,123 decimetri = câți metri?
4) 1,234 hectometri = câți decimetri?
5) 2,53 decametri = câți milimetri?
6) 403,7 centimetri pătraţi = câți metri pătraţi?
7) 23,5 decametri pătraţi = câți decimetri pătraţi?
8) 0,987 hectometri pătraţi = câți metri pătraţi?
9) 3456 milimetri pătraţi = câți centimetri pătraţi?
10) 345 centimetri pătraţi = câți metri pătraţi?
11) 47352 centimetri cubi = câți metri cub?
12) 0,00234 km cubi = câți metri cub?
13) 0,374 decametri cubi = câți centimetri cubi?
14) 238 Litri = câți metri cub?
15) 7,89 Litri = câți milimetri cubi?

Verifică dacă, pentru realizarea transformărilor, ai parcurs etapele indicate în activitatea de învățare:
1) dacă ai realizat corect tabelul cu multiplii și submultiplii corespunzători unităților de măsură folosite.
2) dacă ai așezat corect numărul inițial în tabel.
3) dacă ai deplasat corect virguula.

●●
##

2.2. DETERMINAREA VALORII UNEI MĂRIMI FIZICE.
2.2.1. Măsurarea directă a lungimii.
Unitatea de măsură pentru lungime este metrul.

Comparația este procedeul de măsurare directă.

O parte din dispozitivele folosite pentru măsurarea directă sunt ilustrate în figura 2.12.

Ruletă.
Riglă.
Roată pentru măsurat distanțe.
Șubler.
Micrometru.
Metru.

Distanțele pot fi măsurate și pe cale indirectă pentru obiectele la care nu putem ajunge, pentru terenurile accidentate, mlăștinoase sau cele acoperite cu apă.

Unele procedee folosite pentru măsurarea indirectă a lungimilor sunt procedee optice, legate de propagarea rectilinie a luminii. Citirea distanțelor se face pe un ecran digital. În figura 2.13 sunt ilustrate câteva dintre instrumentele folosite pentru măsurători indirecte.

Distometru.
Rază laser.
Telemetru.
GPS.
Stație pentru măsurători topometrice.

●●

Telefonul mobil poate fi transformat într-un instrument cu ajutorul căruia pot fi realizate măsurători directe sau indirecte ale lungimilor.

Figura 2.14.
Înălțimea turnului. # Eiffel. #.
Distanța până la turnul. # Eiffel. #. (în metri).

●

LUCRARE DE LABORATOR
Metoda de lucru pentru măsurarea lungimilor cu rigla
Cum se măsoară lungimile cu rigla?
Pentru a măsura lungimea unui creion se folosește rigla gradată.

Procedeul de măsură este compararea.

Măsoară de mai multe ori lungimea creionului având grijă ca, de fiecare dată, să măsori corect, respectând indicațiile din figura 2.15. Apoi, prelucrează datele experimentale obținute prin completarea unui tabel de date experimentale de forma celui din figura 2.16.

Prelucrarea datelor experimentale
Să presupunem că prin citirea pe riglă ai găsit valorile:
L = 9,8 centimetri. L = 9,7 centimetri. L = 9,7 centimetri. L = 8,5 centimetri. L = 9,9 centimetri. L = 9,8 centimetri.

Realizează pe caiet tabelul 2.16.

Mai întâi scrie titlul tabelului: Tabel de date experimentale. Rândul următor reprezintă capul de tabel. Acesta conține simbolurile mărimilor fizice și unitățile de măsură folosite la măsurători.

Semnificația notațiilor este:
– Nr. det. înseamnă numărul determinării.
– L este lungimea măsurată.
– Lmediu este lungimea medie.
– Privește cu atenție rigla și vezi pe ce parte se află marcate unitățile de măsură pe care vrei să le folosești.

– Determină ce valoarea re distanța dintre două diviziuni mici alăturate
și distanța dintre două diviziuni mari alăturate.

– Așază întotdeauna un capăt al creionului în dreptul diviziunii zero.

– Privește perpendicular pe riglă în dreptul capătului creionului.

– Nu privi oblic pentru că vei citi greșit diviziunea din dreptul capătului.

Figura 2.15
18
– DL este eroarea absolută.
– (DL)mediu este eroarea medie absolută.

Tabel de date experimentale
1) Nr. det. 2) L (centimetri) 3) Lmedie (metri.
 4) (DL) (centimetri) 5) (DL)medie (centimetri)

Figura 2.16
Observații:
- În coloana 1) se vor scrie, pe verticală, de sus în jos, numerele 1, 2, 3,. Acestea corespund determinărilor făcute (vezi figura 2.17).
- În coloana 2) se vor scrie valorile numerice ale lungimilor măsurate (fără simbol și unitate de măsură, pentru că acestea sunt scrise în căsuța de sus a coloanei – vezi figura 2.17). Este posibil să apară unele valori mult diferite de celelalte (în cazul nostru L = 8,5). Aceste valori se scriu în tabel, dar se taie, ele reprezentând erori grosolane (vezi figura 2.17).
- În coloana 3) lungimea medie (Lmedie) reprezintă media aritmetică a lungimilor din coloana 2) – fără a se lua în calcul erorile grosolane. Media aritmetică este egală cu raportul dintre suma tuturor lungimilor și numărul de determinări – fără a se lua în calcul erorile grosolane.

Pentru exemplul nostru:
= ++++ = = (9,8 9,7 9,7 9,9 9,8) / 5 48,9 / 5 9,78 Lmedie (centimetri)
În coloana 3) se scrie valoarea 9,78 (vezi figura 2.17).
- În coloana 4) se scrie diferența dintre lungimea corespunzătoare unei determinări și lungimea medie: DL = L – Lmedie sau DL = Lmedie – L (1) în funcție de valoarea numerică cea mai mare.

Reține: DL se numește eroare absolută și se măsoară tot în centimetri.

Litera grecească ∆ (delta) este un simbol care, așezat în fața unei mărimi fizice, indică diferența dintre valorile mărimii fizice.

Pentru exemplul nostru:
– la determinarea 1, DL = 9,8 – 9,78 = 0,02 (centimetri).
– la determinarea 2, DL = 9,78 – 9,7 = 0,08 (centimetri). și așa mai departe.

(Vezi figura 2.17.)
- În coloana 5) (DL)medie este eroarea absolută medie, iar ea reprezintă media aritmetică a erorilor absolute (media aritmetică a valorilor din coloana 4).

Reține: (DL)medie se numește eroare absolută medie și se măsoară tot în centimetri.

Pentru exemplul nostru:
(DL)medie = (0,02 + 0,08 + 0,08 + 0,12 + 0,02)/5 = 0,32/5 = 0,064 (centimetri)
Acum avem toate datele și calculele necesare pentru a completa tabelul din figura 2.16. Obținem tabelul final din figura 2.17.
19
Tabel de date experimentale
1) Nr. det. 2) L (centimetri) 3) Lmedie (metri).
4) (DL) (centimetri) 5) (DL)medie (centimetri)
1 9,8
9,78
0,02
0,064
2 9,7 0,08
3 9,7 0,08
4 8,5.

5 9,9 0,12
6 9,8 0,02
Figura 2.17
După ce a fost completat tabelul de date experimentale, trebuie scris rezultatul determinării, folosind același număr de zecimale pentru toate numerele. Vom scrie valorile cu două zecimale, prin rotunjire.

Reține: rezultatul determinării = valoarea medie ± eroarea medie absolută
L = Lmedie ± (DL)medie
Pentru exemplul nostru: L = 9,78 centimetri ± 0,06 centimetri
Acest rezultat indică faptul că valoarea reală este cuprinsă într-un interval:
9,78 centimetri – 0,06 centimetri ≤ L ≤ 9,78 centimetri + 0,06 centimetri
9,72 centimetri ≤ L ≤ 9,84 centimetri
Surse de erori
Din figura 2.15 reiese că la efectuarea unor măsurători se pot face anumite greșeli, numite erori de măsură. Sursele de erori pot fi: lipsa de precizie a instrumentului de măsură, citirea incorectă a indicațiilor instrumentului, lipsa de atenție sau de îndemânare acelui care face măsurătorile etc. Existența unor erori de măsură în cazul determinărilor experimentale este normală, și pentru a se obține un rezultat cât mai apropiat de valoarea adevărată a mărimii măsurate, se repetă măsurătorile de mai multe ori și se prelucrează datele experimentale așa cum s-a arătat mai sus.

Activități de învățare
1) Realizează și completează o diagramă de forma celei din figura 2.18 în care activitatea centrală este măsurarea lungimilor cu rigla.

Figura 2.18
20
2) Un elev a măsurat pentru o carte lungimea unei laturi și a găsit valorile:
16,5 centimetri, 16,4 centimetri, 16,6 centimetri, 15,3 centimetri, 16,4 centimetri, 16,5 centimetri, și 16,6 centimetri.

Folosind aceste valori, completează un tabel de date experimentale, după modelul celui din figura 2.16, și determină mărimea laturii măsurate.

3) Măsoară de mai multe ori (cel puțin de 5 ori) distanța dintre degetul mare
și cel mic atunci când palma ta este deschisă la maximum (ca în figura 2.19).

Realizează și completează un tabel de date experimentale (după modelul celui de la figura 2.16) și scrie în final rezultatul măsurătorii.

(Folosește tehnica de lucru pentru măsurarea lungimilor cu rigla descrisă în lecție).

4) A. Etalonarea pasului
Operația prin care se determină lungimea pasului se numește etalonarea pasului. Aceasta se realizează astfel:
- găsește o suprafață orizontală pe care te poți deplasa normal în linie dreaptă.
- măsoară cu ruleta distanța (d) pe care ai parcurs-o după ce ai făcut un număr (n) de pași (notează cu creta vârful piciorului la plecare și la sosire).
- lungimea pasului va fi = d L n.
- completează tabelul de date experimentale.
Nr. deteminării. d (metri) n L (metri) Lmedie (metri) DL (metri) (DL) medie (metri)

- scrie rezultatul măsurătorii.
- numește sursele de erori.

4) B. Folosind valoarea medie a pasului tău, determină lungimea și lățimea terenului de sport al
școlii.

5) Determină diametrul1 unui fir de ață folosind procedeul indicat în figura 2.20.

Realizează REFERATUL LUCRĂRII DE LABORATOR care trebuie să conțină următoarele rubrici:
a) materialele necesare. b) teoria lucrării (se vor preciza mărimile măsurate și se va scrie formula pentru diametrul firului în funcție de aceste mărimi). c) modul de lucru (descrie amănunțit modul de lucru). d) tabel de date experimentale (acesta conține coloane cu valorile mărimilor măsurate, cu valorile diametrului firului și celelalte coloane necesare pentru a găsi rezultatul măsurătorii).

1
Diametrul unui cerc reprezintă orice segment care are ca extremități două puncte de pe cerc și trece prin centrul cercului.

Figura 2.19
Figura 2.20
1
Diametrul unui cerc reprezintă orice segment care are ca extremități două puncte de pe cerc și trece prin centrul cercului.
21 e) rezultatul măsurătorilor făcute. f) surse de erori.

2.2.2. Măsurarea directă a ariei
Aria unei suprafețe arată cât de întinsă este acea suprafață. Ea se notează simbolic A sau S.

În eS I, unitatea de măsură pentru arie este metrul pătrat ([S]în eS I = metri pătraţi
). Se folosesc de asemenea multiplii și submultiplii metrului pătrat.

Măsurarea directă a ariei se face folosind hârtia milimetrică. Pe aceasta, sunt trasate linii verticale
și orizontale subțiri, care delimitează pătrate cu latura de un milimetru – cu suprafața de un milimetru pătrat.
– și linii mai groase, care delimitează pătrate cu latura de un centimetru – cu suprafața de un centimetru pătraţi.

Metoda de lucru pentru pentru măsurarea directă a ariei
Se completează tabelul de date experimentale de forma celui de mai jos:
Nr. det. S (centimetri pătraţi
) Smediu (centimetri pătraţi
) ∆S (centimetri pătraţi
) (∆S)mediu 2

Se scrie rezultatul măsurătorii sub forma:
S = Smediu ± (∆S)mediu (2)
2.2.3. Determinarea indirectă a ariei
Măsurarea ariei prin metode indirecte, în cazul suprafețelor cu formă geometrică regulată, se face prin măsurarea dimensiunilor liniare și utilizând formule de calcul.

Cuvântul „suprafață” este uneori folosit pentru a exprima aria. De aceea simbolul pentru arie este A sau S. Ariile unor figuri geometrice uzuale se calculează folosind formulele de calcul pentru arie, după cea u fost măsurate dimensiunile necesare (vezi tabelul de mai jos).

Aria frunzei poate fi aproximată cu numărul de pătrate cu latura de un centimetru, acoperite mai mult de jumătate de conturul frunzei. Celelalte zone (cu roșu) nu sunt luate în calcul.

S = 29 centimetri pătraţi
Pe hârtia milimetrică pot fi numărați milimetri pătraţi
și centimetri pătraţi acoperiți de conturul frunzei.

Aria frunzei se determină cu mai mare precizie prin adunarea numărului de pătrate cu aria de
1 centimetri pătraţi
și cele cu aria de un milimetri pătraţi
(zone colorate în roșu) acoperite de conturul frunzei.

S = 14 centimetri pătraţi
+ 1372 milimetri pătraţi
=
= (14 + 13,72) milimetri pătraţi
=
= 27,72 centimetri pătraţi
Figura 2.21
22
Activități de învățare
1) Măsoară de mai multe ori (cel puțin de 5 ori) aria desenată în figura 2.22.

Liniile orizontale și verticale sunt trasate la distanță de un centimetru.

Completează un tabel de date experimentale de forma celui de mai sus și scrie rezultatul măsurătorilor făcute.

2) Determină suprafața manualului de fizică prin măsurarea lungimii (L) și lățimii (ℓ) a lui. Vei face 5 măsurători diferite pentru L și pentru ℓ. apoi vei realiza și completa un tabel de date experimentale de forma celui de mai jos. vei scrie rezultatul măsurătorilor.

Nr. det. L (centimetri) ℓ (centimetri) S = L ori ℓ (centimetri pătraţi
) Smediu (centimetri pătraţi
) ∆S (centimetri pătraţi
) (∆S)mediu (centimetri pătraţi
)

3) În figura 2.23 este desenat un triunghi ABC care are două laturi perpendiculare
(AB ^ AC), numit triunghi dreptunghic. De fiecare latură a triunghiului este lipit un pătrat.

Folosind un echer și o riglă, construiește pe caietul tău 5 imagini ca în figura 2.23, în care laturile AB și AC să aibă diferite valori (alese opțional de tine).

Calculează, pentru fiecare imagine, aria pătratelor (1), (2) și (3) și găsește o relație între ele. Găsește o relație între laturile triunghiului dreptunghic ABC.

Învață să rezolvi probleme folosind formule!
Exemplu
Un dreptunghi are lungimea de 242 milimetri și lățimea de 4,5 decimetri.. Calculează aria suprafeței dreptunghiului în centimetri pătraţi
și în metri pătraţi.

Figura 2.22
A B
C (1)
(2)
(3)
Figura 2.23

24
Măsurarea volumului unui corp solid prin metoda modificării nivelului lichidului din mensură
1) Toarnă apă în mensură și citește volumul acesteia. Îl vom numi volumul inițial Vi (în figura 2.27, Vi = 146 mL).

2) Pune cu grijă corpul în mensură.

3) Nivelul lichidului a crescut. Noul volum citit îl vom numi volumul final Vf (în figura 2.28, Vf = 184 mL).

4) Volumul final reprezintă suma dintre volumul inițial al apei
și volumul corpului introdus în mensură:
Vf = Vi + Vcorp (3)
Deci: Vcorp = Vf – Vi
Vcorp = 184 mL – 146 mL = 38 mL
Denivelarea lichidului corespunde volumului corpului.

5) Repetă de cel puțin cinci ori operațiile de la punctele 1), 2), 3) și 4) modificând de fiecare dată volumul inițial (Vi) de apă din mensură.

6) Realizează și completează un tabel de date experimentale de forma celui de mai jos:
Nr. det. Vi (centimetri cubi.
) Vf (centimetri cubi.
) Vcorp (centimetri cubi.
) (Vcorp)mediu (centimetri cubi.
) (∆Vcorp) (centimetri cubi.
) (∆Vcorp)mediu (centimetri cubi.
)

7) Scrie rezultatul măsurătorilor:
Vcorp = (Vcorp)mediu ± (∆Vcorp)mediu (4)
2.2.5. Determinarea indirectă a volumului
Măsurarea volumului prin metode indirecte, în cazul unor corpuri cu formă geometrică regulată, se face prin măsurarea dimensiunilor liniare și utilizarea formulelor de calcul din tabelul prezentat în figura 2.29.

Figura 2.25 Figura 2.26
Mensura trebuie să stea pe o suprafață orizontală (pe masă).

Suprafața liberă a lichidului este puțin curbată – mai ridicată la contactul lichidului cu pereții mensurei.

Poziționează ochii la nivelul suprafeței libere a lichidului
și citește volumul de la baza acesteia. V = 206 mL Nu înclina mensura!
Dacă mensura este înclinată nu se citește corect volumul lichidului.

146 mL
Figura 2.27
184 mL
Figura 2.28
25
Figura geometrică Formula de calcul pentru volum
Cub V = ℓ
3
Paralelipiped
V = Sbaza ∙ h
Sbaza = ℓ ∙ L deci:
V = ℓ ∙ L ∙ h
Figura 2.29
Activități de învățare
1) Realizează o diagramă de forma celei din figura 2.30, în care activitatea centrală să fie determinarea volumului unui corp solid prin utilizarea mensurii. Prezintă în clasă această diagramă sub forma unui poster.

2) Determină volumul manualului de fizică măsurând pe rând lungimea (L), lățimea (ℓ) și înălțimea (h) manualului.

Repetă măsurătorile de cel puțin 5 ori. Înregistrează datele într-un tabel de forma celui de mai jos. Aplică formula volumului pentru paralelipiped. Completează tabelul de date
și scrie rezultatul măsurătorilor.

Nr. det. L (centimetri) ℓ (centimetri) h (centimetri) V (centimetri cubi.
) Vmediu (centimetri cubi.
) ∆V (centimetri cubi.
) (∆V)mediu (centimetri cubi.
)

3) În figura 2.31 este reprezentată o mensură în care sea flă lichid, înainte și după introducerea unei bile în interiorul ei.

a) Ce valoare are volumul minim dintre două diviziuni consecutive? b) Scrie valorile mărimilor fizice citite cu ajutorul mensurei.

c) Scrie formula folosită pentru determinarea volumului bilei și calculează acest volum.

Autoevaluare
Rezolvă problemele de mai jos folosind formule pentru arii și volume.

Pentru rezolvarea problemelor de autoevaluare verifică dacă ai parcurs următoarele etape:
4) Calculează volumul unui cub cu latura de
0,5 hectometri. Exprimă acest volum în unități eS I.

5) O cameră are lungimea de 40 decimetri., lățimea de 0,5 decametri. și înălțimea de 350 centimetri. Calculează volumul de aer din cameră exprimat în litri.

6) Un cilindru are aria bazei de 50,24 centimetri pătraţi
și înălțimea de 150 milimetri. Calculează: volumul cilindrului. (Indicație: V = A ori h.)
1) ai scris datele problemei folosind simbolurile mărimilor fizice.
2) ai transformat unitățile de măsură date în altele convenabile.

3) ai scris formula mărimii cerute.
4) ai înlocuit mărimile din formulă cu valorile lor numerice
și ai făcut calculele.
5) la rezultatul numeric ai adăugat unitatea de măsură folosită.

ℓ = latura.
L = lungimea.
ℓ = lățimea h = înălțimea.
ℓ
ℓ ℓ h
ℓ L
Figura 2.31
Figura 2.30
Ce am observat?
Ce am făcut?
Ce concluzii am formulat? Ce a fost ușor?
Ce a fost greu?
Activitatea
26
2.2.6. Măsurarea directă a intervalului de timp.
După cum știm, evenimentele prin care a trecut omenirea de la începuturile ei până în prezent pot fi puse într-o ordine cronologică pe axa timpului (vezi figura 2.32).

Pentru a putea pune evenimentele într-o ordine cronologică, este necesar să putem măsura timpul care a trecut de la un anumit eveniment.

Reține: Unitatea de măsură pentru timp în eS I este secunda.
([ ] în eS I t = s).

Reține: Instrumentele de măsură pentru timp sunt ceasul, cronometrul etc.

LUCRARE DE LABORATOR.
Măsurarea directă a perioadei unui pendul.
Un corp mic și greu legat la capătul unui fir formează un pendul.
(figura 2.34). Firul este prins de un suport orizontal.

Dacă scoatem firul din poziția de echilibru și îl lăsăm liber, pendulul se va deplasa de o parte și de alta a acestei poziții, adică va începe să oscileze.

Perioada (T) este timpul în care corpul efectuează o oscilație completă, adică timpul în care este parcurs drumul ABCBA (vezi figura 2.34).

Materiale necesare: pendul, cronometru.

Dacă într-un timp t se efectuează N oscilații complete, atunci perioada (T) se calculează din relația: t T =
N (5)

Mod de lucru:
- se scoate corpul din poziția de echilibru (în poziția A).
- se lasă corpul liber și se pornește simultan cronometrul.
- se măsoară intervalul de timp (t) în care corpul revine de un număr N de ori în punctul A (N poate avea diferite valori: N = 10, N = 15, N = 20. etc.).
Figura 2. 34
Poziție de echilibru
A
B
C
Poți folosi și telefonul mobil pentru măsurarea timpului
Figura 2.33
Formarea
Pământului
4,5 4,2 4,2-4,0 ⁓4,0 ⁓3,8 ⁓3,6 ⁓3,6-prezent
Formarea
Hidrosferei
Formarea primelor molecule necesare vieții
Era pre-ARN
Era
ARN
Primul ADN/apariția proteinelor necesare vieții
Ultimul strămoș comun universal
Timpul (exprimat în miliarde de ani)
Originea vieții pe Pământ
Figura 2.32
În scara evoluției umane aici te găsești
și tu.

27
- se repetă operația de cel puțin 5 ori, dându-i-se lui N diferite valori.
- se completează un tabelul de date experimentale de forma celui de mai jos.
Nr. det. N t (s) T = t/N (s) Tmediu (s) DT (s) (DT)mediu

- se scrie rezultatul măsurătorilor: T = Tmediu ± (DT)mediu (6)
- Romanii numeau orele dinaintea amiezii ante meridiem (înainte dea miază), iar pe cele de după-amiază, post meridiem. Astăzi, acestea se prescurtează a.m. și p.m. și sunt folosite cu înțelesul de dimineață și după-amiază.
- Primul ceas atomic din lume a fost construit în 1949 în Statele Unite ale Americii, dar acesta nu era suficient de precis. În 1955, în Marea Britanie, Louis Essen (figura 2.35, dreapta) și Jack Parry (figura 2.35, stânga) au construit primului ceas atomic cu cesiu 133 (figura 2.35).
- Cel mai precis ceas din lume, cunoscut sub numele de Cold Atomic
Clock in Space, pierde o secundă la un miliard de ani.
- Cu 129 de ani în urmă, la 13 octombrie 1884, o delegație din 25 de
ţări s-a întâlnit la Washington pentru a conveni asupra unui reper privind măsurarea timpului, recunoscut ca universal valabil, eventual cu ajustări locale după fusul orar. S-a convenit atunci să fie stabilit ca timp de referință timpul de la meridianul zero – GMT (Greenwich Mean Time) – meridian care trece prin cartierul Greenwich din Londra, situat la sud de fluviul Tamisa
(figura 2.36).

Activități de învățare
Exerciții rezolvate. Operații cu unități de timp
1) 2h 35 min 30 s + o oră 45 min 40 s = 3 h 80 min 70 s = 3 h 81 min 10 s = 4 h 21 min 10 s
2) 4 h 13 min 23 s – 2 h 28 min 35 s = 3 h 73 min 23 s – 2 h 28 min 35 s =
= 3 h 72 min 83 s – 2 h 28 min 35 s = o h 44 min 48 s
Activități de învățare și de autoevaluare
1) Un tânăr a dormit de la ora 14:25:30 până la ora 17:5:45.

Cât timp a dormit tânărul? (Indicație: pentru a te autoevalua, verifică dacă ai parcurs corect pașii descriși mai sus.)
2) Un tren a plecat din stație la t1 = 8 h 15 min 20 s, a ajuns în prima gară la t2 = 10 h 25 min, a staționat până la t3 = 10 h 30 min 40 s și a ajuns în a doua gară la ora t4 = 12 h 30 min 55 s.

Scrie formulele și calculează:
a) cât timp a staționat trenul din momentul plecării până a ajuns la a doua stație. b) cât a durat mișcarea trenului din momentul plecării până a ajuns la a doua stație.

3) Anca socoteşte că până la vacanţă mai are 9 zile, 8 ore şi 16 min.

Transformă aceste valori în unităţi eS I.

4) Exprimă 0,3 minute în secunde.

Figura 2.36
Figura 2.35
28
5) Efectuează următoarele transformări:
12 zile = ………………… min
54 600 s = ………………. ore
320 zile = ………………. an
6) Pe suprafaţa unui lac cresc nuferi, astfel încât în fiecare zi aria suprafeţei acoperite de nuferi se dublează. Se constată că întreaga suprafaţă a lacului se acoperă de luni până vineri.

În cât timp se acoperă un sfert din suprafaţa lacului?
7) Un ceasornic este „potrivit după radio” la ora 16:00. A doua zi, la „ora exactă” 12:00, ceasornicul indică ora 12:10.

Ce oră va indica el la ora 16:00, în cea de a treia zi?
8) Telefonul mobil poate fi utilizat atât ca instrument de comunicare, cât și pentru a cronometra o întrecere sportivă sau a cunoaște ora exactă!
Verifică pe telefonul tău mobil/tabletă posibilitatea de a cunoaşte ora exactă, setarea alarmei, funcţia de cronometrare, fusul orar.

Identifică pe telefon/tabletă ora exactă pentru oraşul tău şi pentru alte oraşe din
ţară sau din lume.

9) Folosind un ceas cu secundar, determină intervalul de timp dintre două bătăi succesive ale inimii tale.

Pentru aceasta, identifică la mâna stângă locul în care se simt bătăile inimii, apoi numără bătăile inimii (N) în timp de un minut.

Repetă operațiile de mai multe ori.

Trece datele obţinute în tabelul de mai jos.

Nr. det. N
60s t
N
D = tmediu (s) Dt (s) Dtmediu (s)

Calculează și scrie rezultatul sub forma: t = tmediu ± (Dt)mediu
Activitate interdisciplinară
Studiază cu atenţie desenul din figura alăturată și răspunde la următoarele cerinţe:
1) Identifică cât mai multe noțiuni învățate în capitolul „Concepte de bază în fizică” și notează-le în caiet.

2) Notează în caiet trei dispozitive pe care le vezi în desenul alăturat
și care pot fi utilizate pentru măsurarea unor mărimi fizice.

3) Notează în caiet mărimile fizice care pot fi măsurate folosind dispozitivele notate la punctul 2).

4) Notează în caiet unitatea de măsură pentru fiecare mărime fizică identificată.

5) Scrie un scurt eseu în care să folosești cât mai multe noțiuni învățate în capitolul „Concepte de bază în fizică”.

6) Realizează un desen care să sugereze cât mai multe noțiuni studiate în acest capitol. Prezintă desenul în faţa colegilor. Foloseşte în explicaţii un limbaj ştiinţific şi dă cât mai multe detalii tehnice.

Rezumat
- Mărimile fizice se notează prin simboluri (L, S, V, t).
- Pentru măsurarea unei mărimi fizice trebuie precizate: unitatea de măsură, instrumentul de măsură, procedeul de măsurare.

Figura 2.37.
Figura 2.38.
29
- Pentru a exprima valoarea unei mărimi fizice trebuie să notezi: simbolul mărimii fizice, valoarea numerică, unitatea de măsură.
- Unitățile de măsură se stabilesc prin convenții internaționale ([L] în eS I = metrul, [S] în eS I = metri pătraţi.
, [V] în eS I = metru cub.
, [t] în eS I = s) și se pot folosi multiplii și submultiplii acestora.
- Determinarea directă a valorii unei mărimi fizice se face prin: măsurarea repetată a acesteia și prelucrarea datelor experimentale (obținerea valorii medii, a erorii absolute corespunzătoare fiecărei determinări și a erorii medii) și apoi se scrie rezultatul determinării.
- Rezultatul unei determinări experimentale constă în exprimarea unui interval în care se află valoarea reală a mărimii determinate (de exemplu: Lmedie ̶ (DL)medie £ L £ Lmedie + (DL)medie).
- O mărime fizică poate fi determinată indirect folosind formule de calcul.

Activități de evaluare
Folosește diagramele pentru recapitularea noțiunilor învățate.

1) Realizează o diagramă (schiță) de forma celei din figura 2.39 în care subiectul să fie:
a) lungimea. b) aria. c) volumul. d) durata.

Prezintă diagrama sub formă de poster (sau pe calculator) în clasă.

Indicații: În funcție de subiect, poți mări sau micșora numărul de caracteristici (lucruri învățate despre mărimea fizică respectivă) sau poți adăuga particularități pentru unele caracteristici (poți dezvolta diagrama sub forma unui ciorchine). Introdu în diagramă cât mai multe lucruri pe care le-ai învățat despre mărimea respectivă.

2) Pune pe axa timpului, în ordine cronologică, evenimentele importante din istoria măsurării:
a) lungimilor. b) timpului.

Prezintă în clasă axa timpului realizată de tine.

Indicații: Folosește diferite surse de documentare (cărți despre istoria științei, articole de pe net etc.).

Este bine ca prezentarea să conțină și imagini sau desene și să fie făcută sub formă de poster sau pe calculator.

Diferite unități de măsură pentru lungime, arie, volum și durată
3) Efectuează următoarele operații și exprimă de fiecare dată rezultatul în unități ale Sistemului
Internațional:
a) 0,0253 hectometri + 5 decametri. + 340 centimetri + 890 milimetri = cât?
b) 560 centimetri pătraţi + 0,025m pătraţi + 47690 milimetri pătraţi = cât?
c) 2 Litri + 12 decimetri cubi. + 0,01 metri cubi = cât?
d) 450 decilitri + 78034 mililitri = cât?
e) două ore 30 minute 45 şi secunde – o oră 45 minute şi 55 secunde = cât?
4) Pune în ordine crescătoare mărimile fizice de mai jos:
a) 2 centimetri pătraţi.
0,35 metri pătraţi.
0,015 decametri pătraţi.
49 decimetri pătraţi.
162 milimetri pătraţi.
b) 3 centimetri cubi.
0,75 metru cub.
25 L. 39 decimetri cubi.
185 milimetri cubi.

Figura 2.39.
SUBIECTUL.
Caracteristica 6.
Caracteristica 5.
Caracteristica 4.
Caracteristica 3.
Caracteristica 2.
Caracteristica 1.
30
Aplică noțiunile învățate în activitatea cotidiană.

5) Enumeră mai multe activități din viața cotidiană în care sea plică noțiunile și metodele învățate în acest capitol.

6) Fără a folosi rigla sau compasul găsește o metodă de a desena pe caiet segmente care au aceeași lungime ca segmentul din figura 2.40.

Descrie metoda folosită și desenează pe caiet 3 segmente, fiecare având lungimea celui din figură, dar în poziții diferite.

7) Determină grosimea unei foi din manualul de fizică folosind rigla gradată în milimetri:
a) descrie modul de lucru. b) realizează un tabel de date experimentale și exprimă rezultatul măsurătorilor făcute.

8) Ai la dispoziție o riglă ale cărei notații au fost parțial șterse (figura 2.41).

Fără a folosi altă riglă, găsește o metodă pentru a măsura lungimea creionului din figura de mai jos.

Descrie metoda găsită și scrie lungimea creionului.

9) Desenează pe caiet, cu ajutorul unui șablon, harta
României și notează pe hartă punctele care reprezintă orașele București, Iași, Galați, Botoșani, Satu Mare și
Drobeta-Turnu Severin (ca în figura 2.42). Distanța Galați –
Iași, în linie dreaptă, este de 193,53 km. Calculează:
a) scara hărții realizată de tine. b) distanța Botoșani – Drobeta-Turnu Severin în linie dreaptă. c) distanța București – Satu Mare în linie dreaptă.

Indicații: Scara unei hărți reprezintă raportul dintre distanța măsurată pe hartă și distanța măsurată pe teren, amândouă exprimate în aceeași unitate de măsură.

10) Rezultatele obținute la măsurarea volumului unui corp sunt: 12,5 centimetri cubi.
, 12,8 centimetri cubi.
, 12,6 centimetri cubi.
, 14,1 centimetri cubi.
, 12,4 centimetri cubi..

Realizează un tabel de date experimentale și completează toate coloanele necesare pentru a determina volumul corpului. Scrie rezultatul final pentru volumul corpului.

11) Dintr-un cub cu latura 9 centimetri se taie cuburi cu latura 2 centimetri.

Câte astfel de cuburi se pot obține?
12) Un cilindru gradat conține apă până mai sus de ultima diviziune.

Cum procedezi pentru a determina volumul total al apei din cilindru având la dispoziție o foaie de hârtie și un creion?
13) Cum procedezi pentru a determina volumul unui corp solid care poate fi pus într-un pahar negradat având la dispoziție o seringă gradată și un marker?
14) Cum trebuie procedat pentru a aduce de la fântână 6 L de apă dacă ai la dispoziție un vas de 4 L
și unul de 9 L?
Figura 2.40
Figura 2.41
Figura 2.42

●●

31
2. FENOMENE MECANICE
3.1. MIȘCARE ȘI REPAUS

3.1.1. Corp. Mobil. Reper. Sistem de referinţă. Mişcare şi repaus. Traiectorie
Un corp cu dimensiuni neglijabile față de mărimea deplasărilor sau față de distanța la care se află alte corpuri se poate reprezenta printr-un punct numit punct material (figura 3.1).

Un punct material în mișcare se numește mobil.

O mașină pe șosea poate fi considerată punct material pentru că dimensiunile sale sunt foarte mici (neglijabile) în comparație cu distanța parcursă.

O mașină nu poate fi considerată punct material atunci când este într-o parcare pentru că dimensiunile ei nu sunt neglijabile în comparație cu dimensiunile locului de parcare.

Motociclistul din figura 3.2 este în mișcare sau în repaus?
Motociclistul este în mișcare față de un copac de pe Pământ și este în repaus față de scaunul motocicletei.

Concluzie: Pentru a stabili starea de mișcare sau de repaus a unui corp trebuie să precizăm corpul față de care are loc mișcarea.

Reține:
Un reper (un corp de referință) este un obiect în raport cu care se descrie mișcarea.

Un sistem de referință este format dintr-un reper căruia i se asociază instrumentele de măsură pentru distanță și timp.

Un corp este în mișcare atunci când el își schimbă poziția față de un sistem de referință.

Un corp este în repaus atunci când el nu își schimbă poziția față de un sistem de referință.

Deci, un obiect poate să fie în același timp în mișcare față de un sistem de referință și în repaus față de un alt sistem de referință.

Viaţa noastră e doar mişcare.

(aforism de Michel de Montaigne)
București - Monumentul Kilometrul zero
Locul în care se află Kilometrul 0 a fost stabilit de topografii care au făcut primele hărți în perioada de după venirea lui Carol I
(1866). Monumentul a fost realizat în 1938 și renovat în 1998.

3. Fenomene mecanice
Figura 3.2
Figura 3.1
32
Reține: Mișcarea este relativă, adică ea depinde de sistemul de referință ales.

Câteva exemple:
Reține: Curba descrisă de un mobil în mișcare, față de un sistem de referință, se numește traiectorie
(figura 3.3)

Traiectoria poate fi:
- rectilinie – în linie dreaptă – de exemplu, traiectoria rectilinie a mașinii față de
Pământ (figura 3.4).
- curbilinie – o linie curbă – de exemplu, traiectoria curbilinie a bilei față de
Pământ (figura 3.5).
- traiectoria circulară – este un caz particular de traiectorie curbilinie – de exemplu, traiectoria circulară a cabinei față de Pământ (figura 3.6).

Observație: Atunci când ne referim la starea de mișcare a unui corp trebuie să precizăm reperul stabilit
Activități de învățare
1) Pe baza observațiilor tale zilnice și a cunoștințelor de până acum, dă două exemple prin care săa răți că un corp poate fi considerat punct material în anumite condiții și nu poate fi considerat punct material în alte condiții.

2) Având în vedere noțiunile învățate în lecția anterioară, completează spațiile libere din afirmațiile de mai jos:
- Mișcarea unui corp nu poate fi studiată fără a stabili.

- Un vapor nu poate fi considerat un. atunci când este acostat în port.

- Dacă, în timp, un corp A nu își modifică poziția față de un alt corp B spunem că A este în.

față de B.

- Un copac de pe Pământ este în. față de Soare.

- Un câine de vânătoare reconstituie după miros. vânatului.

Figura 3.3.
Figura 3.4.
Figura 3.5.
Figura 3.6.
33
3) Pe pneul roții unei biciclete aflate în mișcare s-a fixat o lampă roșie (vezi figura 3.7).

Desenează traiectoria descrisă de lampă față de: a) axul roții. b) șosea.

După realizarea desenelor cerute, formulează o concluzie referitoare la noțiunile fizice studiate.

Indicații: Realizează din hârtie o mică rotiță și notează la marginea ei un punct roșu. Rostogolește rotița de-a lungul unei rigle așezate pe o foaie de hârtie și trasează-i traiectoria punctului.

3.1.2. Distanţa parcursă. Durata mişcării
Pentru a determina distanța parcursă de un mobil pe traiectorie trebuie stabilit un punct față de care se măsoară toate distanțele.

Reține: Punctul față de care se măsoară toate distanțele se numește originea distanțelor (figura 3.8).

Pentru șosele, acest punct mai este numit kilometrul zero. Distanțele față de kilometrul zero sunt marcate prin borne kilometrice (figura 3.9).

Observație: Originea distanțelor poate fi aleasă arbitrar, în funcție de situația concretă existentă. De exemplu: un elev care merge la școală măsoară distanțele față de casa sa (aceasta devenind originea distanțelor), pentru o cursă, originea distanțelor este locul de start etc. (figura 3.8).

Reține: Poziția unui mobil pe traiectorie reprezintă distanța de la origine la mobil măsurată pe traiectorie.

În figura 3.9 originea este kilometrul zero din localitatea A. Notăm cu x distanța de la origine la un punct de pe traiectorie.

În B, mobilul se află la 45 km de A – se notează xB = 45 km.

Reține: Distanța parcursă de mobil este lungimea drumului străbătut de acesta (notată cu d sau ∆x).

Exemplu: Distanța parcursă de mobil între punctele B și C de pe traiectorie este: d = ∆x = xC – xB (1) deci d = 75 km – 45 km = 30 km
Figura 3.7
Locul de start în cursă = originea distanțelor
Figura 3.8. Harta unui circuit de
Formula 1
Figura 3.9
A
A
A
A
B
C
75 km
45 km
0 km
34
Trebuie să faci deosebirea clară între poziția unui mobil pe traiectorie și distanța parcursă de acesta.

Pentru a localiza un anumit moment în timp, trebuie stabilită o anumită origine a timpului.

Reține: Originea timpului este momentul față de care măsurăm toate duratele.

Originea timpului poate fi aleasă în mod arbitrar, în funcție de situația concretă în care ne aflăm.

Exemple
- Într-o zi, timpul se măsoară pornind de la miezul nopții – ora zero – moment care reprezintă originea timpului.

- Pentru o cursă, originea timpului este momentul startului, momentul în care este pornit cronometrul.

Reține: Momentul (sau ora) la care se produce un eveniment reprezintă intervalul de timp măsurat de la originea timpului până la evenimentul considerat (momentul se notează cu t).

Durata mișcării (notată ∆t) este mărimea intervalului de timp în care se realizează mișcarea.

Fie t1 momentul începerii mișcării unui mobil și t2 momentul la care se termină mișcarea mobilului.

Durata mișcării este:
∆t = t2 – t1 (2)
Reţine: Litera grecească ∆ (delta) așezată în fața unei mărimi fizice este un simbol care indică diferența dintre valoarea finală a mărimii și valoarea inițială. Astfel:
∆t = tfinal – tinițial = t2 – t1
Fă deosebirea clară între momentul de timp (t) și durata mișcării (∆t) (figura 3.10)
Exemplu
Autobuzul pleacă din stația A la ora 9:05 și ajunge în stația B la ora 9:15. Vom nota:
- momentul plecării din A: t1 = 9 h 5 min.
- momentul sosirii în B: t2 = 9 h 15 min.
- durata mișcării: ∆t = t2 – t1 =
= 9 h 15 min – 9 h 5 min = 10 min.

Activități de învățare și autoevaluare
1) Deosebește poziția unui mobil pe traiectorie de distanța parcursă de mobil și respectiv momentul de timp de durata unui fenomen. În paranteza din dreptul fiecărei propoziții, notează dacă ea se referă la poziția unui mobil, distanța parcursă, momentul de timp, durata unui fenomen și scrie simbolic mărimea respectivă.

Folosește exemplul dat.

Exemplu: Trebuie să cobor în stația situată la 124 km de Timișoara. (Poziția pe șosea: x = 124 km.)
a) Biciclistul se află la 35 km de București. (.) b) Trenul a plecat la ora 2 și 30 min din gara Sinaia. (.)
Figura 3.10 t1 = 9 h 5 min t2 = 9 h 15 min
∆t = t2 – t1 = 10 min
35 c) Spectacolul de teatru a durat 2 ore. (.) d) Mașina mea are cel mai mic consum de benzină la 100 km. (.)
2) Ora de începere a unui meci internațional pe care îl urmărești este 20 h 30 min în Lisabona și
22 h 30 min în București.

Precizează care este originea timpului în cele două localități și de ce diferă orele de începere a meciului în cele două localități.

3) O mașină trece prin dreptul bornei kilometrice 110 km la ora 13 h 20 min și ajunge în dreptul bornei kilometrice 146 km la ora 13 h 50 min.

a) Scrie datele problemei.

b) Calculează durata mișcării.

c) Calculează distanța parcursă.

Indicații: pentru autoevaluare, verifică dacă ai folosit corect notațiile și formulele din lecția studiată.

4) Un om, pornind din punctul A, merge 30 metri spre est, apoi 60 metri spre vest, apoi 90 metri spre nord și, în final, 50 metri spre sud, ajungând într-un punct B.

Folosește rigla și reprezintă la scară drumul parcurs de om.

Calculează distanța parcursă de om și determină deplasarea lui față de poziția inițială (deplasarea este distanța dintre poziția inițială și finală a omului).

Indicație: măsoară cu rigla distanța AB și folosește scara pentru a determina mărimea deplasării AB.

3.1.3. Viteza medie. Unităţi de măsură. Caracteristicile vitezei (direcţie, sens)
Definiție: Viteza medie (vm) a unui mobil este mărimea fizică egală cu raportul dintre distanța parcursă (d) și durata mișcării (∆t).

m Δ d v = t sau m
Δ
Δ x v = t
(3)
Reține: Viteza medie nu este întotdeauna media aritmetică a vitezelor mobilului.

Unitatea de măsură pentru viteză se obține din relația (4) în care se scrie unitatea de măsură pentru fiecare mărime fizică. Astfel:
[ ]
[ ]
eS I m eS I
eS I m [ ]= =
Δ s d v t
(4)
Unitatea de măsură pentru viteză în eS I este metrul pe secundă.

Definiție: Un m/s este viteza medie a unui mobil care parcurge distanța de un metru în timp de o secundă.

Reține: Relațiile dintre viteză, distanța parcursă și durată: d v t = D . dvt = ×D . d t v
D =.

Valori aproximative ale unor viteze medii:
Corp-proces Viteza (m/s)
Căderea liniștită a fulgilor de zăpadă 0,2
Om – mers normal 1,5
36
Viteza momentană reprezintă viteza unui mobil la un moment dat.

Exemplu: Atunci când o mașină parcurge 240 km în 3 h, viteza medie pe durata mișcării este de 80 km/h. Totuși, aceasta nu înseamnă că mașina și-a menținut viteza de 80 km/h pe toată durata mișcării. Într-adevăr, viteza citită de șofer pe vitezometrul de la bordul mașinii a fost cuprinsă între 30 km/h și 110 km/h. Viteza indicată de vitezometru este viteza momentană a mașinii.

Definiție: Vitezometrul este instrumentul care indică viteza momentană de deplasare a unui autovehicul
(figura 3.11).

Activitate de învățare
Exerciții rezolvate. Efectuarea de transformări de unităţi de măsură în eS I pe baza relaţiilor dintre multipli şi submultipli
Exprimarea vitezei în diferite unități de măsură.

Trecerea din km/h în m/s.
un kilometrul pe oră = un kilometru pe oră.
= 1 ori 1000 m.
3600 secunde.
= 1 ori un metru ori 3,6 secunde.
=
1
3,6 m/s.
Trecerea din m/s în km/h.
un m/s = un m/s.
= un ·
un kilometru.
1000
o ora
3600
= unu ori un kilometru ori 1000 3600 h = 3,6 km/h.
Reține:
Viteza exprimată în km/h se împarte la 3,6 pentru a găsi valoarea ei în m/s.

Viteza exprimată în m/s se înmulțește cu 3,6 pentru a găsi valoarea ei în km/h.

Caracteristicile vitezei (direcţie, sens, mărime)
În practică, atunci când ne referim la viteză, ne interesează mărimea și orientarea acesteia.

Orientarea vitezei este dată de direcția și sensul ei.

La minigolf, jucătorul îi poate imprima mingii o viteză după diferite direcții (vezi figura 3.12). Viteza poate avea direcția (A), (B) sau (C).

Definiție: Direcția vitezei este dreapta după care se deplasează mobilul la un moment dat.

Reține: Pe o direcție dată, sensul indică spre ce extremitate a dreptei suport se îndreaptă mobilul. O direcție are două sensuri (figura 3.13). Astfel:
• pe Autostrada Soarelui, sunt două sensuri de circulație: spre Constanța sau spre București.
• pe direcția verticală există sensul „în sus” și sensul „în jos”.

Figura 3.11 m/s km/h.
× 3,6
: 3,6
Figura 3.12
Figura 3.13
37
Reține: Viteza unui mobil se caracterizează prin:
• mărime (valoare numerică și unitate de măsură).
• direcție.
• sens.
• punct de aplicație.

Viteza se reprezintă printr-un segment de dreaptă mărginit de un punct și o săgeată. Mărimea segmentului este proporțională cu mărimea vitezei (figura 3.14).

Activități de învățare și autoevaluare
1) În figura 3.18 sunt reprezentate punctele cardinale, vitezele a trei mobile și scara folosită (unui segment îi corespunde o viteză de 10 km/h).

Precizează caracteristicile vitezelor v2 și v3 ghidându-te după exemplul dat pentru v1. (Exemplu: v1 are direcția Nord-Sud, sensul spre Sud și mărimea de
10 km/h.)
2) Mai multe vehicule se deplasează pe șoseaua orizontală indicată în figura 3.19. Ele au vitezele: v1 = 5 m/s spre A, v2 = 18 km/h spre B, v3 = 54 km/h spre A v4 = 20 m/s spre A și v5 = 72 km/h spre B.

a) Transformă toate vitezele în m/s.

Punctul de aplicație
A
B vA vB
Direcția vitezei este dată de direcția segmenului.

Sensul vitezei este arătat de săgeată.

Mărimea vitezei (vA) este proporțională cu mărimea segmentului.

vA
Figura 3.15. Cele două mașini se deplasează pe aceeași direcție și în același sens. Mașina A are o viteză mai mare decât mașina B (vA > vB).

Figura 3.14
Figura 3.16. Pe o traiectorie rectilinie direcția vitezei este permanent aceeași.

Figura 3.17. Pe o traiectorie curbilinie direcția vitezei se modifică de la un punct la altul.

A B
Figura 3.19 orientare
Figura 3.18 v1 v2 v3
N
E V
S
38 b) Reprezintă vitezele indicate mai sus prin segmente orientate, la scară. Vezi exemplul din figura 3.20.

3) Compară vitezele v1 și v2 din figurile 3.21.a), 3.21.b) și 3.21.c) având în vedere caracteristicile lor.

3.1.4.a. Mişcarea rectilinie uniformă
Reține: Mișcarea este rectilinie și uniformă atunci când traiectoria este o dreaptă și valoarea numericăa vitezei este constantă.

Observație: În mișcarea rectilinie și uniformă:
- corpul parcurge spații egale în intervale de timp egale.
- viteza mobilului (v) este egală în orice moment cu viteza medie.
- v = constant, adică ea își păstrează mărimea, direcția și sensul.

Activități de învățare
- Utilizarea simbolurilor mărimilor fizice studiate şi a formulelor corespunzătoare
- Calcularea valorilor unor mărimi fizice, utilizând date cunoscute şi legi învăţate anterior
- Rezolvarea de probleme simple
Exemplul 1
În cât timp un mobil care are viteza de 2 m/s parcurge distanța de 0,2 km?
Figura 3.20
5 m/s v1
Figura 3.21.a) v2
5 km/h v1
Figura 3.21.b) v1 v2
2 km/h
Figura 3.21.c) v2 v1
15 km/h
Figura 3.22 v
Motociclistul are o mișcare rectilinie și uniformă (v = constant).

M1, M2,.M5 reprezintă pozițiile motociclistului la intervale egale de timp.

M0 M1 M2 M3 M4 M5
Figura 3.23
Acoperă mărimea fizică necunoscută și vei vedea imediat formula ei.

Folosind imagineaa lăturată reții mai ușor relațiile dintre viteză, distanța parcursă și durata mișcării.

v d
∆t d = ? d = v or Dt v = ? d v t = D
Dt = ? d t v
D =
∆t d v ∆t d v
39
Rezolvare d = 0,2 km = 200 metri. v = 2 m/s
Scrie datele problemei folosind simbolurile mărimilor fizice și transformă unitățile de măsură în eS I.

d d v t t v = Þ D =
D
Scrie formula pentru mărimea cerută.

200 metri.
2 m/s.
D =t = 100 s = un min 40 s Fă înlocuirile numerice scriind și unitățile de măsură.

Apoi fă calculele numerice.

Exemplul 2
Un biciclist se deplasează cu viteza medie de 5 m/s, iar la ora 15 trece prin dreptul bornei care indică 52 km. Casa biciclistului este în dreptul bornei kilometrice 67 km. Determină ora la care biciclistul a ajuns acasă.

Rezolvare v = 5 m/s = 5 ori 3,6 km/h = 18 km/h t1 = 15 h, x1 = 52 km, x2 = 67 km
Scrie datele problemei folosind simbolurile mărimilor fizice și transformă în unități de măsură convenabile dacă este cazul.

Desenează o schiță a problemei și notează pe desen mărimile date și pe cele cerute.

d = x2 – x1 d d v t t v
ü = Þ D = ý D þ
2 1
2 1 x x t v tt t
- ü D = ï
ý Þ
D= - ï
þ
Þ 21 21
21 2 1 xx xx tt t t v v
- - - = Þ = +
Folosește desenul făcut și formulele învățate. Fă calculele algebrice (fără înlocuiri numerice) pentru a ajunge la formula finală a mărimii cerute.

2
67 km 52 km 15 h 15 15 h km 18 18 h
15 60 min 15 h 15 h 50 min
18 t - = + = + =
× = +=
Fă înlocuirile numerice scriind și unitățile de măsură.

Apoi fă calculele numerice.

Exemplul 3
Un biciclist a mers cu viteza v1 = 12 km/h timp de 2 minute, cu viteza v2 = 24 km/h timp de
6 minute și cu viteza v3 = 48 km/h timp de 2 minute. Calculează: a) distanța totală parcursă de biciclist în intervalul de timp studiat . b) viteza medie a biciclistului în intervalul de timp studiat.

Rezolvare
1
12 km 12 km/h 0, 2 kmpe minut. 60 min v = ==
2
24 km 24 km/h 0, 4 kmpe minut. 60 min v = ==
3
48 km 48 km/h 0,8 km pe minut. 60 min v = == t1 = 2 min. t2 = 6 min . t3 = 2 min
Scrie datele problemei folosind simbolurile mărimilor fizice și transformă în unități de măsură convenabile dacă este cazul.

originea distanțelor x1, t1 x2, t2 d, Dt
40 d1, t1 d2, t2 d3, t3 dtotal, ttotal
Desenează o schiță a problemei și notează pe desen mărimile date și cele cerute.

a) dtotal = d1 + d2 + d3 (conform desenului) d1 = v1 ∙ t1. d2 = v2 ∙ t2. d3 = v3 ∙ t3 Þ
Þ dtotal = v1t1 + v2t2 + v3t3
Folosește desenul făcut și formulele învățate. Fă calculele algebrice (fără înlocuiri numerice) pentru a ajunge la formula finală a mărimii cerute.

b) total km km 0,2 2 min 0,4 6 min min min km 0,8 2 min 4,4 km min d = ×+ ×+
+ ×=
Fă înlocuirile numerice scriind și unitățile de măsură. Apoi fă calculele numerice.

total total medie total 1 2 3 d d v t ttt = = + +
Reia ultimele două etape.

Activităţi de învăţare şi de autoevaluare
1) Un tren a parcurs distanța de 45 km dintre două stații în timp de 50 min.

Care este viteza medie a trenului exprimată în km/h și m/s?
2) Un motociclist se află la ora 10 în dreptul bornei kilometrice 20, iar la ora 10 și 50 min în dreptul bornei kilometrice 80.

Calculează viteza medie a motociclistului exprimată în km/h și m/s.

3) Un biciclist se deplasează cu viteza de 5 m/s timp de 2 h.

Ce distanță a parcurs biciclistul?
4) Un motociclist se deplasează cu viteza de 54 km/h. În cât timp parcurge distanța de 18 km?
5) Un autoturism pleacă din București la 10 h 30 min și ajunge la Galați la 13 h 50 min.

Știind că distanța București – Galați este de 240 km, să se calculeze:
a) durata deplasării autoturismului exprimată în minute. b) viteza autoturismului exprimată în kmpe minut. și m/s.

6) La 8 h 20 min un autoturism trece prin dreptul bornei care indică 30 km, iar la 9 h 50 min autoturismul se află în dreptul bornei care indică 111 km.

Să se calculeze:
a) distanța parcursă de autoturism între cele două borne kilometrice. b) timpul cât a durat mișcarea autoturismului între cele două borne. c) viteza medie a autoturismului.

3.1.4.b. Reprezentarea grafică a mişcării
Figura 3.24 arată cum se deplasează un motociclist:
- traiectoria este rectilinie.
- viteza are direcția orizontală și sensul spre dreapta.
- mobilul parcurge spații egale (M0M1 = M1M2 = M2M3 = M3M4 = M4M5) în intervale de timp egale
(∆t = 5 min), deci viteza mobilului este constantă.

d1, t1 d2, t2 d3, t3 dtotal, ttotal medie
4,4 km km 0, 44 2 min + 6 min + 2 min min v = = = 26,4 km/h
41
Realizarea graficului mișcării motociclistului din figura 3.24
1) Se realizează un tabel în care se trec momentele de timp și pozițiile corespunzătoare ale mobilului (vezi figura 3.25).

t (min) 0 5 10 15 20 25 x (km) 10 15 20 25 30 35
Punctul pe traiectorie M0 M1 M2 M3 M4 M5
Figura 3.25
2) Se trasează axele.

Axele sunt două drepte perpendiculare, una orizontală și una verticală. Axa orizontală se numește abscisă, iar axa verticală se numește ordonată (vezi figura 3.26). Cele două axe se trasează pe hârtia milimetrică sau pe o foaie cu pătrățele.

3) Se notează și se calibrează axele.
- Punctul de intersecție al axelor este O = originea pentru fiecare axă.
- Abscisa este axa timpului.

Ø Se calibrează axa, adică se alege convenabil o scară pentru a trece valorile timpului, existente în tabelul din figura 3.25.

Ø Se notează axa, adică, la extremitatea acesteia, se scrie t (min) (vezi figura 3.26).
- Ordonata este axa distanțelor (pe această axă se notează pozițiile mobilului).

Ø Se calibrează axa, adică se alege convenabil o scară care ne permite să trecem valorile lui x din tabel.

Ø Se notează axa, adică, la extremitatea ei, se scrie x (km) (vezi figura 3.26).
- Scările trebuie astfel alese încât graficul să fie mare – cel puțin o jumătate din pagina caietului.

4) Se trece pe grafic fiecare punct din tabelul reprezentat în figura 3.25.

Se consideră un anumit moment t (de exemplu t = 10 min) și poziția corespunzătoare a mobilului
(x = 20 km) (vezi figura 3.25):
- în dreptul valorii numerice a lui t (exemplu t = 10 min) se duce punctat o dreaptă verticală (vezi figura 3.26).
- în dreptul valorii numerice a lui x (exemplu x = 20 km) se duce punctat o dreaptă orizontală (vezi figura 3.26).
- punctul de intersecție a celor două drepte punctate este punctul de pe grafic de coordonate (t, x).

Se continuă, după modelul arătat mai sus, până sunt trecute pe grafic toate punctele din tabelul 3.25.

5) Se trasează graficul mișcării prin unirea punctelor construite anterior (figura 3.26).

Figura 3.24
42
Nu confunda traiectoria mobilului cu graficul mișcării!
Folosind graficul mișcării putem afla mai multe informații referitoare la modul în care se deplasează un mobil.

Activități de învățare
Probleme rezolvate. Utilizarea datelor înregistrate în tabele pentru trasarea graficului mișcării unui mobil. Descrierea mişcării unui mobil pe baza analizei graficului mişcării acestuia
Exemplul 1
Pozițiile unui mobil care se deplasează pe o traiectorie rectilinie sunt înregistrate în tabelul din figura 3.27. Reprezintă graficul mișcării mobilului.

t (s) 0 2 4 6 8 10 x (m) 0 4 8 8 8 0
Figura 3.27
Parcurge pașii descriși în lecția de mai sus și vei obține graficul reprezentat în figura 3.28.

Figura 3.26 x (km)
0
10
20
30
5 10 15 20 25 t (min)
Axa timpului
Axa distanțelor
Graficul mișcării
Punctul pentru care t =10 min și x = 20
Figura 3.28 x (m) t (s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2
4
8
6
10
43
Rezolvare
a) xA = xB = 10 metri pentru tA = 0 s și tB = 2 s, deci mobilul nu se deplasează în primele două secunde (este în repaus)
Citește de pe grafic valorile lui x pentru tA = 0 și tB = 2 s.

b) xB = 10 metri și xD = 50 metri, deci dBD = xD – xB = 50 metri – 10 metri = 40 metri.
Citește de pe grafic xB și xD și folosește formula deplasării, a duratei și a vitezei.

c) tB = 2 s și tD = 4 s, deci ∆tBD = 4 s – 2 s = 2 s
40 metri
2 s
BD D B
BD
BD D B d xx v t tt
- == = D -
= 20 m/s
Citește de pe grafic valorile lui t pentru xB = 10 metri
și xD = 50 metri și scrie formula deplasării, a duratei
și a vitezei.

d) xD = 50 metri, xE = 70 metri d = xD – xE = 20 metri
20 metri
2 s
DE E D
DE
DE E D d xx v t tt
- == = D -
= 10 m/s
Citește de pe grafic valorile lui x pentru tD = 4 s și tE = 6 s, scrie formula deplasării, a duratei și a vitezei.

e) tF = 7 s Mobilul se deplasează înapoi spre origine începând din momentul în care x începe să scadă.

f) tB = 2 s și tI = 10 s
∆tBI = tI – tB = 8 s
În locul plecării, x = 10 metri. Momentele la care xa re aceeași valoare se citesc pe grafic. Ele le corespund punctelor B (plecarea mobilului) și 1.

g) distanța la dus dBE = xE – xB = 60 metri distanța la întors dEJ = xE – xJ = 70 metri distanța totală este dtot = dBE + dEJ = 130 metri
Se adună distanța parcursă în timpul depărtării de origine (în care x crește) cu distanța parcursă în timpul apropierii de origine (în care x scade).

Reține:
- graficul mișcării rectilinii și uniforme este o dreaptă.
- dacă mobilul este în repaus, graficul mișcării este o dreaptă orizontală.
- dreapta care reprezintă mișcarea rectilinie și uniformă este mai înclinată (formează un unghi mai mare cu orizontala) atunci când viteza este mai mare.

Exemplul 2
Graficul mișcării rectilinii a unui mobil este reprezentat în figura 3.29a . Cu cât se deplasează mobilul în primele două secunde? b. Cu cât se deplasează mobilul de la tB = 2 s la tD = 4 s? c. Cu ce viteză se deplasează mobilul între 10 metri și
50 metri față de origine? d. Cu ce viteză se deplasează mobilul între momentele tD = 4 s și tE = 6 s? e. În ce moment mobilul începe să se întoarcă spre origine? f. După cât timp de la începerea mișcării mobilul revine în locul de plecare? g. Ce distanță a parcurs mobilul în timpul mișcării?
Figura 3.29
J
A
C
D
B
H
G
E F
I 10
20
40
70
30
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x (m) t (s)
∆tBD dBD
44
Activități de învățare și autoevaluare
1) Pentru un mobil care se deplasează pe o traiectorie rectilinie au fost înregistrate pozițiile mobilului la diferite momente de timp. Datele înregistrate au fost trecute în tabelul din figura 3.30.

x (km) 30 90 150 150 150 100 50 0 0 t (h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Figura 3.30
a) Trasează graficul mișcării mobilului pe hârtie milimetrică (sau pe hârtie cu pătrățele).

b) Completează tabelul din figura 3.31 cu viteza mobilului pe diferite intervale de timp, cunoscând momentul inițial (tinițial) și momentul final (tfinal), conform exemplului dat în prima coloană.

tinițial (h) 0 1 0 4 5 6 4 7 tfinal (h) 1 2 2 5 6 7 7 8 v (km/h) 60
Figura 3.31 c) Determină distanța totală parcursă de mobil.

2) Un mobil se deplasează pe o traiectorie rectilinie. Distanța de la origine la mobil, notată cu x, depinde de durata t a mișcării conform relației: x = 4 + 2t (unde x se măsoară în metri și t în secunde).

a) Folosind relația dată completează tabelul din figura 3.32 conform exemplului din coloana completată.

t (s) 0 2 4 6 8 x (m) 4
Figura 3.32 b) Trasează graficul mișcării mobilului pe hârtie milimetrică (sau pe hârtie cu pătrățele).

c) Determină viteza mobilului în intervalele indicate în tabelul din figura 3.33 (vezi exemplul din coloana completată), iar din observarea valorilor, formulează o concluzie.

tinițial (s) 0 2 2 6 0 tfinal (s) 2 6 8 8 8 v (m/s) 4
Figura 3.33
3) În figura 3.34 este reprezentat graficul mișcării unui mobil care se deplasează pe o traiectorie rectilinie. Pe baza acestui grafic, realizează un tabel în care sunt trecute pozițiile mobilului în diferite momente.

Figura 3.34
45
3.1.5. Punerea în mişcare şi oprirea unui corp. Acceleraţia medie, unitate de măsură
În cazul mișcărilor reale, viteza mobilelor variază în timp: fie crește, fie scade.

Reține: Un mobil are o mișcare accelerată atunci când viteza lui crește în timp (figura 3.35). Un mobil are o mișcare încetinită atunci când viteza lui scade în timp (figura 3.36.).
- La pornire, viteza inițială a mobilului este nulă și ea crește în timp. Mobilul are o mișcarea ccelerată.
- La oprire, viteza inițială a mobilului are o anumită valoare și ea scade în timp, până când mobilul se oprește. Mobilul are o mișcare încetinită.

Definiție: Accelerația medie (a medie) este mărimea fizică egală cu raportul dintre variația vitezei unui mobil (∆v) și durata în care s-a produs această variație (∆t).

D - = = D - final intial medie final initial v v va tt t (5)
Pentru a găsi unitatea de măsură pentru accelerație în eS I, scriem unitățile de măsură ale mărimilor din formula de definiție a accelerației:
S I medie eS I 2
S I metri.
[ ] s m [ ] [] s s va t
D = == D
Reține: Unitatea de măsură pentru accelerație este m/s la pătrat.
medie în eS I 2 metri [ ]= sa (6)
Definiție: Un m/s la pătrat este accelerația unui mobil a cărui viteză crește cu un m/s în timp de o secundă.
- Accelerația unui mobil la un moment dat se numește accelerație momentană (a).
- Accelerația momentană poate avea diferite valori în timpul mișcării mobilului.

Activitate de învățare
Utilizarea simbolurilor mărimilor fizice studiate şi a formulelor aferente
1. Calculează accelerația medie a unei mașini care, pornind din repaus, atinge viteza de 90 km/h în 10 s.

Rezolvare
Dt = 10 s. vinițial = 0 km/h. vfinal = 90 km/h. Scrie datele problemei.

final
1 metri 90
3,6 s v =× ×= 25 m/s Exprimă viteza în m/s.
46
∆v = vfinal – vinițial = 25 m/s – 0 m/s = 25 m/s Scrie formula și calculează numeric variația vitezei.

medie
25 m/s
10 s va t
D == = D
25 m/s la pătrat Scrie formula și calculează numeric accelerația medie.

Rezolvarea unor probleme simple folosind formulele învățate
2. Viteza unui mobil care se deplasează cu accelerație constantă crește de la 3,2 m/s la 5,2 m/s în timp de 8 s.

Calculează: a) accelerația mobilului. b) viteza medie a mobilului în cele 8 s. c) distanța parcursă de mobil în cele 8 s.

Dt = 8 s. vinițial = 3,2 m/s. vfinal = 5,2 m/s. Scrie datele problemei.

a) a = ? b) vmedie = ? c) d = ? Notează mărimile care trebuie aflate.

a) final initial medie
2 m/s
8 s v v va t t
D - == = = D D
0,25 m/s la pătrat.
Scrie formula accelerației și calculează valoarea numerică.

b) initial final medie 2 v v v
+ = = 4,2 m/s la pătrat.
Atunci când accelerația este constantă, viteza mobilului crește cu valori egale în intervale egale de timp și viteza medie este mediaa ritmetică dintre viteza inițială și cea finală.

c) medie medie d v dv t t = Þ = ×D Þ
D
Þ d = 4,2 m/s ori 8 s = 33,6 metri.
Calculează distanța folosind formula vitezei medii.

3.1.6. Extindere: Mişcarea rectilinie uniform variată (descriere calitativă)
Un mobil care se deplasează pe o traiectorie rectilinie, cu accelerația constantă, are o mișcare rectilinie uniform variată.

În mișcarea rectilinie uniform variată accelerația medie este egală cu accelerația momentanăa medie = a = constant
Reține: Relația dintre accelerație (a), variația vitezei (Dv) și durată (Dt): va t
D = D . D = ×D vat. v ta
D D =.

În figura 3.37 sunt prezentate pozițiile pe traiectorie ale unui motociclist care are o mișcare rectilinie uniform accelerată. Analizând figura vom putea descrie mișcarea motociclistului:
1) mișcarea motociclistului este studiată în raport cu Pământul.
2) la momentul inițial (t0 = 0 s) motociclistul este în repaus (v0 = 0 m/s) în punctul ales ca origine pentru distanțe (x0 = 0 metri).
3) mobilul (motociclistul) se deplasează pe o traiectorie rectilinie.
4) mobilul parcurge în același interval de timp (Dt = 4 s) distanțe din ce în ce mai mari, iar viteza mobilului crește cu 8 m/s la fiecare interval de timp de 4 s.
5) motociclistul are o accelerație constantă ( 8 m/s.
4 s va t
D == = D
2 m/s la pătrat.
).a
Dv
∆t
47
6) motociclistul are o mișcare rectilinie uniform accelerată.

Putem descrie mișcarea rectilinie uniform accelerată pe baza figurii 3.37 și a graficelor din figurile 3.38.a și 3.38.b:
- viteza mobilului crește cu valori egale în intervale egale de timp.
- în aceleași intervale de timp, mobilul parcurge distanțe din ce în ce mai mari.

Reține: În mișcarea rectilinie uniform accelerată:
- viteza mobilului crește cu valori egale în intervale egale de timp.
- în aceleași intervale de timp, mobilul parcurge distanțe din ce în ce mai mari.

Reține: Pentru a descrie mișcarea unui mobil, trebuie precizate:
- sistemul de referință folosit.
- situația la momentul inițial (poziția mobilului, viteza mobilului).
- traiectoria mobilului.
- modul în care evoluează viteza (crește, este constantă sau scade).
- valoarea vitezei și a accelerației, dacă este posibil.
- concluziile referitoare la mișcarea mobilului (stabilirea tipului de mișcare).

Figura 3.37
Figura 3.38.a) Figura 3.38.b)
48
Activități de învățare și autoevaluare
1) Descrie următoarele mișcări:
a) mișcarea unui autobuz între două stații, între care traiectoria este rectilinie. b) mișcarea unei mingi aruncate pe verticală de jos în sus. c) mișcarea unui atlet în timpul cursei de 100 metri.

2) Două mașini pornesc din repaus și ajung la aceeași viteză în intervale de timp diferite. Prima ajunge la viteza stabilită mai repede decât a doua.

Care mașină are o accelerație mai mare?
3) Care dintre afirmațiile de mai jos sunt adevărate?
a) La aterizare avionul are accelerație.

b) Viteza unui tramvai este constantă înainte de a opri în stație.

c) La pornire mișcarea unei mașini este accelerată.

d) Un biciclist pornește cu viteză constantă.

e) Un tren are accelerație înainte de a opri în stație.

f) La aterizare avionul are o mișcare încetinită.

Rezolvă următoarele probleme folosind formule.

4) Viteza unui motociclist crește de la 12 m/s la 54 km/h în 0,5 s.

Ce accelerație a avut motociclistul?
5) Un tren care se deplasează cu viteza de 108 km/h începe să frâneze înainte de a ajunge într-o stație și se oprește după un minut.

Calculează accelerația trenului.

6) O mașină are la pornire accelerația de 5 m/s la pătrat.

Calculează după cât timp ea atinge viteza de 90 km/h.

7) O mașină care se deplasează cu viteza de 90 km/h trebuie să efectueze o depășire. Pentru aceasta ea capătă o mișcare accelerată cu a = 2,5 m/s la pătrat timp de 2 s.

Calculează viteza cu care s-a deplasat mașina la sfârșitul mișcării accelerate.

Activitate interdisciplinară
Studiază cu atenţie imaginea alăturată. Răspunde la următoarele cerinţe:
1) Identifică noțiunile și fenomenele fizice din imagine.

Notează-le în caiet.

2) Notează în caiet mărimile fizice găsite în desenula lăturat.

3) Notează în caiet unitatea de măsură pentru fiecare mărime fizică identificată.

4) Scrie un scurt eseu în care să incluzi cât mai multe noțiuni învățate.

5) Realizează un desen care să sugereze cât mai multe fenomene fizice studiate până acum. Prezintă desenul în faţa colegilor.

Foloseşte în explicaţii un limbaj ştiinţific şi dă cât mai multe detalii tehnice.
49
Rezumat
Pentru a stabili dacă un corp este în mișcare sau în repaus, trebuie mai întâi să alegi un sistem de referință.

Mișcarea și repausul au un caracter relativ, ele depinzând de sistemul de referință ales.

Curba descrisă de un mobil în mișcare, față de un sistem de referință, se numește traiectorie.

Mărimile fizice ce caracterizează mișcarea unui mobil sunt viteza și accelerația.

Pentru viteză, reține: formula d v t = D , unitatea de măsură în eS I metri [ ] s v = . viteza este o mărime fizică determinată de valoare numerică, direcție și sens.

Pentru accelerație, reține: formula va t
D = D , unitatea de măsură în eS I 2 metri [ ] sa = . accelerația este o mărime fizică determinată de valoare numerică, direcție și sens.

Activități de evaluare
Folosește diagramele pentru recapitularea noțiunilor învățate.

1) Realizează o diagramă (schiță) de forma celei din figura 3.39, în care subiectul să fie:
a)mișcare și repaus. b)viteza. c) accelerația.

Prezintă diagrama sub formă de poster (sau pe calculator) în clasă.

Indicații: În funcție de subiect, poți mări sau micșora numărul de caracteristici (proprietăți, noțiuni învățate, formule) sau poți adăuga particularități pentru unele caracteristici (poți dezvolta diagrama sub forma unui ciorchine). Introdu în diagramă cât mai multe lucruri pe care le-ai învățat despre SUBIECTUL dezvoltat.

Aplică noțiunile învățate în activitatea cotidiană.

2) Alcătuiește o frază cu termenii: mobil, corp de referință, momentul, durata, locul.

3) Dă trei exemple de poziții ale unui corp în raport cu un corp de referință.

4) Care dintre noțiunile fizice învățate în acest capitol trebuie cunoscute cu precizie în următoarele situații:
a) când dorești să te întâlnești cu prietenul tău. b) când pleci la cinema.

5) Scrie trei exemple prin care să exemplifici că mișcarea este relativă.

Figura 3.39
Caracteristica 6
SUBIECTUL
Caracteristica 5
Caracteristica 4
Caracteristica 3
Caracteristica 2
Caracteristica 1
50
6) Exemplifică prin două desene o situație în care să arăți că traiectoria este relativă.

7) Alcătuiește o frază prin care să exemplifici poziția unui corp pe traiectorie.

Corespunzător situației descrise, realizează un desen sub forma unei schițe și fă notațiile necesare folosind simbolurile învățate.

8) Alcătuiește o frază prin care să exemplifici momentul în care are loc un anumit fenomen.

Pentru situația descrisă, scrie notațiile corespunzătoare folosind simbolurile învățate.

9) Alcătuiește o frază prin care să exemplifici deplasarea unui mobil pe traiectorie.

Pentru situația descrisă, realizează un desen sub forma unei schițe și scrie notațiile necesare folosind simbolurile învățate.

10) Alcătuiește o frază prin care să exemplifici durata unui anumit fenomen.

Pentru situația descrisă, scrie notațiile corespunzătoare folosind simbolurile învățate.

11) Un copil, mergând cu autobuzul, a exclamat: „Mămico, copacii aleargă!”.

Explică de ce afirmaţia copilului este corectă.

12) Scrie un eseu din 10 propoziții despre mișcarea mecanică folosind termenii studiați.

Adevărat sau fals
13) Citește cu atenție afirmațiile de mai jos și notează-le pe cele adevărate:
a) Întotdeauna un corp de referință nu își modifică poziția față de Pământ.

b) Traiectoria reprezintă lungimea drumului străbătut de corp.

c) Durata mișcării este mărimea întervalului de timp în care se realizează mișcarea.

d) Un avion aflat în aeroport nu poate fi considerat punct material.

e) Un mobil care parcurge distanța de 79,2 km în timp de o oră 6 min are viteza medie de 200 m/s.

f) O piatră aruncată pe verticală de jos în sus are o mișcare accelerată.

g) Un autoturism care pleacă din repaus are o mișcare accelerată.

h) Unitatea de măsură pentru accelerație este m/s.

i) Pentru a putea determina poziția unui mobil pe traiectorie, este suficient să cunoaștem punctul definit ca origine și distanța de la origine la mobil.

Diferite unități de măsură pentru viteză și accelerație
14) Exprimă vitezele de mai jos în eS I.

a) 360 km/h. b) 7 200 m/h. c) 1,2 kmpe minut.. d) 7,2 km/s. e) 180 decimetri. pe minut..
15) Exprimă accelerațiile de mai jos în eS I.

a) 0,5 m pe minut. la pătrat.
. 120 centimetri pe minut. la pătrat.
. 100 km/h la pătrat.
. 320 milimetri/s la pătrat.

Accelerația unei mașini de Formula 1, a unui corp în cădere liberă și a unui ghepard
16) O mașină de Formula 1, pornind din repaus, ajunge la viteza de 200 km/h în timp de 5 s.

Calculează accelerația mașinii.

17) La suprafața Pământului, corpurile cad pe verticală cu accelerația de 9,81 m/s la pătrat.

Ce viteză va avea un corp care, pornind din repaus, a căzut timp de 10 s?
18) Ghepardul este unul dintre cele mai rapide animale. El poate avea o accelerație de 9,2 m/s la pătrat.

La ce viteză poate ajunge ghepardul în timp de 2 s dacă inițial el avea viteza de 5,6 m/s?
Exprimă viteza finală în km/h.
51
3.2. INERŢIA
3.2.1. Inerţia, proprietate generală a corpurilor
Activitate experimentală
Se plasează un carton subţire peste gura unui pahar (figura 3.40). Peste carton, se aşază o monedă. Se împinge brusc cartonul, printr-o lovitură scurtă. Ce observăm? Atunci când cartonul este împins brusc, moneda tinde să îşi păstreze starea de repaus. Această proprietate a corpurilor de a-şi păstra starea de repaus sau de mişcare rectilinie şi uniformă se numeşte inerţie. Aşa cum se observă, moneda rămâne o fracţiune de secundă în repaus, apoi cade în pahar.

Reține: Inerția este proprietatea corpurilor de a se opune schimbării stării de repaus sau de mișcare rectilinie și uniformă. Inerția este o proprietate generală a corpurilor.

Inerția corpurilor își face simțită prezența în fenomenele din viața de zi cu zi. Corpurile nu își schimbă de la sine starea de mișcare sau de repaus, valoarea vitezei, traiectoria. Dacă asupra unui corp nua cționează alte corpuri, el își va păstra starea de mișcare rectilinie uniformă sau starea de repaus.

Activitate de învățare
Inerția și siguranța rutieră
Urmărește cu atenție imaginile din figura 3.41. Precizează cum se manifestă inerția în fiecare caz.

Aplicarea în viața de zi cu zi a fenomenelor fizice studiate
Imaginile din figurile 3.42, 3.43 și 3.44 prezintă situații din traficul rutier. Comentează aceste imagini din punctul de vedere al observatorului aflat în repaus pe Pământ. analizează mișcarea corpurilor
și precizează cum se manifestă inerția. Ce pericol reprezintă fiecare situație pentru siguranța rutieră și cum crezi că poate fi înlăturat el?
Figura 3.40. Experiment pentru demonstrarea inerției pahar monedă carton lovește brusc cartonul
Figura 3.41. Manifestarea inerției unei lăzi puse, fără a fi fixate, pe platforma unei mașini
Mașina pornește brusc, lada NU.

poziția inițială a lăzii poziția inițială a lăzii poziția inițială a lăzii
Mașina oprește brusc, lada NU. Mașina virează brusc, lada NU.
52
3.2.2. Masa, măsură a inerţiei. Unităţi de măsură
Corpurile se comportă diferit la schimbarea stării de repaus. Cu cât masa corpului este mai mare, cu atât va fi mai greu ca el să fie pus în mișcare (figura 3.45), deci inerția lui se manifestă mai puternic, este mai mare.

Reține:
• masa (notată cu em mic) este o măsură a inerției corpului.
• unitatea de măsură pentru masă în eS I este kilogramul.

Observație: masa este o mărime fizică fundamentală, iar kilogramul este o unitate de măsură fundamentală. Ele sunt definite de Sistemul Internațional de unități.

3.2.3. Măsurarea directă a masei corpurilor. Cântărirea
Reține:
• masa unui corp se determină direct prin cântărire.
• balanța (sau cântarul) este dispozitivul cu ajutorul căruia se măsoară masa (figura 3.46).
• masele marcate sunt folosite pentru a echilibra balanța în timpul cântăririi
(figura 3.47).

Reguli pentru o cântărire corectă cu balanța din laboratorul de fizică
1. Balanța trebuie așezată pe o suprafață plană, fixă și stabilă.

Balanța trebuie să fie blocată (adică să fie ridicată de pe cuțitele de susținere) atunci când nu se lucrează cu ea sau atunci când se adaugă sau se iau de pe talere obiecte sau mase marcate.

2. Înainte de cântărire, se verifică dacă balanţa este bine echilibrată (acul indicator să fie în dreptul diviziunii zero). Dacă nu, se folosește sistemul de echilibrare a balanței sau se pun corpuri ușoare, nemarcate, pe unul dintre talere până la echilibrare.

3. Se așază corpul pe care vrem să îl cântărim pe talerul din stânga al balanţei.

4. Pe talerul din dreapta, se aşază mase marcate din cutie.

Masele marcate se manipulează întotdeauna cu ajutorul pensetei.

Corpul de cântărit sau masele marcate trebuie să fie așezate în mijlocul talerelor pentru a se evita dezechilibrarea lor.

5. Citirea se face astfel: se deblochează ușor balanța și se observă dacă ea este dezechilibrată. Se blochează din nou balanța și se adaugă (sau se iau) mase marcate până când, la deblocare, balanța este echilibrată. Masa corpului cântărit este egală cu suma maselor marcate de pe talerul din dreapta.

Figura 3.42. Pe șosea Figura 3.43. În autobuz Figura 3.44. Fără centură de siguranță
Figura 3.45
Figura 3.47. Cutie cu mase marcate
Figura 3.46. Balanță
53
6. Rezultatul cântăririi se notează în caiet. După terminarea culegerii datelor experimentale, masele marcate se pun la loc în cutia lor.

3.2.4. Densitatea corpurilor, unitate de măsură. Determinarea densităţii
Observăm că deși volumul și masa lichidului se modifică, raportul lor rămâne constant:
18,4 g 36,8 g 55,2 g 0,92 grame pe mL 20 mL 40 mL 60 mL m
V ====
Definiție: Densitatea (notată cu litera grecească r – „ro”) este mărimea fizică egală cu raportul dintre masa unui corp (notată cu em mic) și volumul său (notată cu Ve mare).

m
V r = (7)
Densitatea este mărimea fizică numeric egală cu masa unui metru cub de substanță.

Reține: Densitatea este o caracteristică a substanței din care este făcut corpul. Ea este o constantă de material.

Valorile densităților diferitelor substanțe se citesc din tabele de densități. În tabelul de mai jos sunt date valorile densităților unor substanțe.

Substanța. Densitatea (kg pe metri cubi).
Substanța. Densitatea (kg pe metri cubi).
aer (condiții normale) 1,29 lemn 600 alcool etilic 790 mercur 13550 aluminiu 2700 miere de albine 1400a pă 1000 oțel 7800a pă de mare 1025 petrol 800 argint 10500 platină 21460 aur 19310 plexiglas 1180 benzină 800 plumb 11300 cauciuc 1200 polivinil 1400 cupru 8900 smântână 978 fier 7880 sticlă 2500 gheață 900 ulei alimentar 800 glicerină 1260 unt 911 lapte 1030 zinc 7150.
Figura 3.48
În cilindrul gradat s-au introdus volume diferite din același lichid. Cântarula rată masa lichidului din fiecare cilindru (figura 3.48).

20 mL
18,4 g
40 mL
36,8 g
60 mL
55,2 g
54
Unitatea de măsură pentru densitate, în eS I, se obţine astfel:
= SI I
SI 3
SI
[ ] kg [ρ] = [] m m
V (8)
Reține: Unitatea de măsură pentru densitate în Sistemul Internațional de unități este kilogramul pe metru cub.
SI 3 kg [ ] m r =
un kilogramul pe metru cub cub este densitatea unei substanțe al cărei volum de un metru cub cântărește un kg.

Relații echivalente între densitatea (r), masa (m) și volumul (V) unui corp: m
V r = . m V =r× . m V = r.

Pentru a reține mai ușor aceste relații poți folosi figura 3.49 Acoperă mărimea fizică necunoscută
și vei vedea imediat formula ei.

Activitate de învățare
Exercițiu rezolvat. Trecerea de la o unitate de măsură la o alta pentru densitate
3
3 3 kg 1000 g g g 1 1 1 1 1 grame pe centimetri m 1000L L 1000 centimetri 1000
× =× =× =× = ×
Unități de densitate egale
un kg pe metru cub.
= un grame pe L = un miligram pe mL = un grame pe decimetri. cub.
= un miligram pe centimetru cub.
1 kg pe litru = 1 kg pe decimetri cubi.
= un gram pe centimetri cubi.
Utilizarea simbolurilor mărimilor fizice studiate şi a formulelor aferente
Mierea de albine are densitatea de 1422,5 kg pe metru cub.
Ce masă are 1 L de miere de albine? r = 1422,5 kg pe metru cub.
, V = un Litru Scrie datele problemei folosind simbolurile învățate.

V = un Litru = 0,001 metri cubi.
Transformă convenabil unitățile de măsură pentru volum.

m = r ori V = 1422,5 kg pe metru cub.
- 0,001 metri cubi.
= 1,4225 kg Scrie formulele și calculează numeric mărimile cerute.

Activitate interdisciplinară
Studiază cu atenţie desenul de mai jos și răspunde la următoarele cerinţe:
1) Identifică fenomenele fizice din imagine. Notează-le în caiet.

2) Notează în caiet mărimile fizice cu care poţi descrie fenomenele fizice respective.

3) Notează în caiet unitatea de măsură pentru fiecare mărime fizică identificată.

4) Scrie un scurt eseu în care să folosești fenomenele și mărimile fizice identificate anterior.

5) Realizează un desen care să sugereze cât mai multe fenomene și mărimi fizice studiate în capitol. Prezintă desenul în faţa colegilor. Foloseşte în explicaţii un limbaj ştiinţific şi dă cât mai multe detalii tehnice.

kilogram pe metru cub.
gram pe centrimetru cub:
1000 × 1000 r m
V V m r V r m r = ? m
V r = m = ? m V =r× V = ? m V = r
Figura 3.49
V m r V r m
55
Rezumat
Ø Inerția este proprietatea corpurilor de a se opune schimbării stării de repaus sau de mișcare rectilinie
și uniformă.

Ø Masa este măsura inerției corpului.

Ø Unitatea de măsură pentru masă, în eS I, este kilogramul.

Ø Densitatea este mărimea fizică egală cu raportul dintre masa unui corp și volumul său.

m
V r = . m V = r × . m V = r
Ø Unitatea de măsură pentru densitate este: eS I 3 kg [ ] m r =.

Activități de evaluare
Folosește diagramele pentru recapitularea noțiunilor învățate.

1) Realizează o diagramă (schiță) de forma celei din figura 3.50, în care subiectul să fie: inerția. masa. densitatea.

Prezintă diagrama sub formă de poster (sau pe calculator) în fața colegilor tăi.

Indicații: În funcție de subiect, poți mări sau micșora numărul de caracteristici (proprietăți, noțiuni învățate, formule) sau poți adăuga particularități pentru unele caracteristici (poți dezvolta diagrama sub forma unui ciorchine). Introdu în diagramă cât mai multe lucruri pe care le-ai învățat despre SUBIECTUL pe care îl analizezi.

Figura 3.50
Caracteristica 6
SUBIECTUL
Caracteristica 5
Caracteristica 4
Caracteristica 3
Caracteristica 2
Caracteristica 1
56
Prelucrează datele experimentale.

2) În laboratorul de fizică, Ioana a măsurat succesiv masele și volumele unor corpuri diferite, confecționate din sticlă, și a trecut valorile obținute în tabelul de mai jos. Ajut-o pe Ioana prelucrând datele experimentale și scriind rezultatul măsurătorilor efectuate.

Nr. det. m (g) V (centimetri cubi.
) r (grame pe centrimetri cubi.
) rmediu (grame pe centimetri cubi.
) ∆r (grame pe centimetri cubi.
) ∆rmediu (grame pe centimetri cubi.
)
1 108 45
2 312 120
3 423 180
4 1 272 480
5 1 500 600

Aplică noțiunile învățate în activitatea cotidiană.

3) Bicicliștii nu pedalează continuu și, cu toate acestea, bicicleta nu se deplasează cu întreruperi.

Explică de ce.

4) O sanie ajunsă la capătul de jos al derdelușului nu se oprește brusc.

Explică de ce.

5) O minge de baschet și una de tenis se mișcă cu aceeași viteză.

Pe care o oprești mai ușor? Explică de ce.

6) Explică de ce iese praful dintr-un covor care este bătut.

7) Explică de ce scuturi stiloul atunci când nu mai scrie, dar cerneala nu s-a terminat.

Adevărat sau fals
8) Citește cu atenție afirmațiile de mai jos și notează-le pe cele adevărate:
a) Smântâna are densitatea mai mică decât apa. Din acest motiv, un kg de smântână are volumul mai mic decât un kg de apă.

b) Mierea de albine are densitatea mai mare decât apa. Din acest motiv, un L de miere este mai greu decât un L de apă.

c) Dublând masa unui lichid, se dublează densitatea sa.

d) Densitatea unui anumit lichid nu depinde de masa sa.

e) Densitatea unui anumit lichid nu depinde de volumul său.

f) Dintre două corpuri cu mase egale, cel cu volumul mai mic are și densitatea mai mică.

Diferite unități de măsură pentru masă și densitate
9) Exprimă mărimile de mai jos în Sistemul Internațional de unități:
a) 257 miligrame. b) 3 785 dg. c) 0,975 hg. d) 1,2 grame pe centimetri cubi.
. e) 800 g pe decimetri cubi.
. f) 56 kg decimetri cubi.
. g) 0,25 miligrame/milimetri cubi.

Ajută jonglerul.

10) Un jongler are 5 bile de același volum, din care una este puțin mai ușoară. Diferența dintre bile nu poate fi percepută cu mâna. Pentru a găsi bila mai ușoară el are la dispoziție o balanță fără mase marcate și trebuie să facă cel mult două cântăriri.

Cum trebuie să procedeze jongleurul?
Rezolvă următoarele probleme.

11) Un corp din plumb cântărește 4 kg.

Folosește tabelul cu densități și determină volumul corpului.
57
12) Află densitatea materialului din care este confecționat un cub cu masa de 0,975 kg și a cărui latură este de 5 centimetri. Exprimă densitatea în kg/m cub
și grame pe centimetri cub.
și identifică materialul din care este confecționat cubul.

13) 100 alice din plumb dezlocuiesc 12 centimetri cubi. de apă. Folosește tabelul cu densitățile substanțelor și calculează masa unei alice.

3.3. INTERACŢIUNEA
3.3.1. Interacţiunea, efectele interacţiunii
Privește cu atenție imaginea alăturată (figura 3.51). Mingea de tenis este în contact cu cordajul rachetei. Se observă că:
- mingea acționează asupra cordajului provocând deformarea lui.
- cordajul acționează asupra mingii provocând schimbarea direcției de mișcare a acesteia.

Definiție: Interacțiunea este acțiunea reciprocă dintre două corpuri.

Parașutistul este atras de Pământ chiar dacă nu este în contact cu acesta (vezi figura 3.52). Are loc o interacțiune la distanță între parașutist și planeta Pământ.

Reține: Interacțiunea este o proprietate generală a corpurilor și se poate realiza:
• prin contactul direct dintre corpuri.
• de la distanță, prin intermediul câmpurilor (gravitațional, magnetic, electric).

Fenomenele care apar în urma interacțiunii corpurilor, numite efectele interacțiunii, pot fi:
- efecte dinamice, care constau în schimbarea stării de mișcare a corpurilor, adică modificarea vitezei corpurilor (creșterea sau scăderea vitezei, deci apariția unei mișcări accelerate sau încetinite), sau în modificarea traiectoriei. efectele dinamice ale interacțiunii determină apariția unor accelerații.
- efecte statice, care constau în deformarea corpurilor. deformarea poate fi elastică sau plastică. un corp se deformează elastic dacă, după încetarea interacţiunii, el revine la forma iniţială. un corp se deformează plastic dacă, după încetarea interacţiunii, el nu mai revine la forma iniţială.

În activitatea cotidiană avem ocazia să observăm interacțiunile dintre corpuri. Pentru a pune în evidență aceste interacțiuni, vom folosi o diagramă în care vom reprezenta schematic corpurile care interacționează
și interacțiunile dintre ele. Această diagramă o vom numi pe scurt diagrama obiect-interacțiuni.

Activități de învățare
Observarea şi descrierea interacțiunilor dintre corpuri cu ajutorul diagramei obiect-interacțiuni
Exemplu: Realizează diagrama obiect-interacțiuni pentru sistemul din figura 3.53 și precizează la ce interacțiuni este supus căruciorul.

Etapa 1. Reprezentăm schematic corpurile ce formează sistemul. punem în centru corpul pe care vrem să-l studiem
(căruciorul) (vezi figura 3.54). Corpurile care formează sistemul sunt: căruciorul, firul, omul, solul, planeta Pământ.

Figura 3.51
Figura 3.52
Figura 3.53
58
Solul și planeta Pământ vor fi reprezentate separat, pentru că interacțiunile pe care le produc sunt diferite: solul este în contact cu căruciorul, iar planeta Pământ atrage corpurile de la suprafață, producând o interacțiune la distanță.

Etapa 2. Reprezentăm interacțiunile:
- interacțiunile de contact se reprezintă printr-o linie continuă.
- interacțiunile la distanță se reprezintă printr-o linie punctată.

Etapa 3. Concluzie cu privire la interacțiunile pe care le are corpul studiat cu celelalte corpuri.

Concluzie: Căruciorul interacționează prin contact cu firul și solul și interacționează la distanță cu planeta Pământ. Omul interacționează prin contact cu firul și solul și la distanță cu planeta Pământ.

Activități de învățare și autoevaluare
Realizează diagrama obiect-interacțiuni pentru sistemele prezentate în figurile 3.55. Corpurile studiate sunt: a) mingea. b) sportivul. c) alpinistul. d) balonul. e) barca. f) bicicleta.

Fir Om
Planeta
Pământ
Cărucior
Sol
Figura 3.54. Diagrama obiect-interacțiuni pentru sistemul dat
a) b) c) d) e) f)
Figura 3.55
59
3.3.2. Forţa, măsură a interacţiunii. Unitate de măsură pentru forță. Dinamometrul
Prindem un capăt al unui resort de un perete rigid, iar de celălalt capăt tragem ca în figura 3.56. Efectul interacțiunii (deformarea resortului) este cu atât mai mare cu cât interacțiunea este mai puternică.

În concluzie, putem compara interacțiunile dintre corpuri pe baza efectelor produse de acestea. Deducem deci că există o mărime fizică asociată acestui fenomen.

Definiții:
Forța (notată cu F) este o măsură a interacțiunii corpurilor.

Unitatea de măsură pentru forţă în eS I este newtonul (N).

[F] în eS I = N (9)
Instrumentul cu ajutorul căruia se măsoară forţa se numește dinamometru
(figura 3.57).

Acesta seamănă cu un cântar de mână, dar mărimea fizică pe care o măsoară nu este masa (kg), ci forța (N).

Piesa principală a dinamometrului este un resort ce se deformează elastic.

Reține:
- Efectul unei forțe depinde de mărimea ei, de direcția după care acționează, de sensul pe care îl are
și de punctul în care se produce interacțiunea (numit punct de aplicație).
- Forța este o mărime fizică care se caracterizează prin mărime, direcție, sens și punct de aplicație.
- Forța se reprezintă printr-un segment de dreaptă mărginit de un punct și o săgeată, ca în figura 3.58.

Două forțe care acționează asupra unui corp și au aceeași direcție, aceeași mărime, dar sens contrar își anulează reciproc efectele (forțele sunt echilibrate).

Reține: Un corp asupra căruia acționează două forțe care au aceeași direcție, aceeași mărime, dar sens contrar (figura 3.59) este în repaus sau se deplasează cu viteză constantă.

Dacă asupra unui corp acționează o singură forță sau două forțe care nu sunt echilibrate, atunci corpul va căpăta o accelerație.

Figura 3.57 resort scară gradată cârlig
Figura 3.56
Figura 3.59
F2 F1
Figura 3.58
F F punctul de aplicație al forței – este punctul în care se produce interacțiunea direcția forței – este dreapta suport a segmentului sensul forței – este cel indicat de săgeată mărimea forței – este proporțională cu mărimea segmentului
60
3.3.3. Exemple de forţe (greutatea, forţa de frecare, forţa elastică)
3.3.3.1. Greutatea (G)
Am observat de nenumărate ori că atunci când un corp este lăsat liber în apropierea Pământului el cade: un măr cade imediat ce codița lui s-a desprins de creangă, mingea cade dacă nu o mai ții în mână etc.

Atunci când un corp cade el trece din repaus în mișcare, fenomenul indicând prezența unei interacțiuni (forță) la distanță între corp și planeta Pământ.

Definiție: Forța de atracție exercitată de Pământ asupra unui corp se numește greutatea acelui corp.

Observație: Orice planetă sau stea exercită o forță de atracție asupra corpurilor aflate în apropierea lor, deci o forță de greutate.

Greutatea unui corp la suprafața unei planete depinde de dimensiunea și masa planetei respective.

Activitate experimentală
Relaţia dintre masă şi greutate
Măsoară cu un dinamometru greutățile mai multor corpuri a căror masă ai determinat-o anterior prin cântărire. Calculează pentru fiecare corp raportul G/m. Vei observa că acest raport are aceeași valoare pentru fiecare corp în parte. Se obține (aproximativ) valoarea:
N 9,8 kg
G m =
Definiție: Raportul dintre greutatea unui corp și masa lui se numește accelerație gravitațională
(notată cu g).

. [ ] în eS I
N = kg
G g g m = (10)
La suprafața Pământului, g = 9,8 N/kg. (11)
În tabelul din figura 3.61 sunt prezentate accelerațiile gravitaționale la suprafațele unor corpuri cerești (scrise în ordinea descrescătoare a masei lor).

Planetă/Stea Soare Jupiter Pământ Lună g (N/kg) 274,1 25,93 9,8 1,62
Figura 3.61
Caracteristicile greutății (figura 3.62):
- greutatea are direcția verticală (direcția firului cu plumb).
- sensul greutății este în jos.
- mărimea greutății se calculează din relația
G = m ∙ g (12)
Activități de învățare
Realizează o planșă (sau o prezentare pe calculator) în care să prezinți comparativ noțiunile de masă și greutate. Argumentează că cele două noțiuni nu pot fi confundate.

Figura 3.60
G = miligrame
Figura 3.62
61
Problemă rezolvată
Calculează greutatea unui corp cu masa de 2 kg la suprafața Pământului și la suprafața Lunii.

Rezolvare: m = 2 kg. gPământ = 9,8 N/kg. gLună = 1,62 N/kg
Scrie datele problemei folosind și tabelul cu accelerații gravitaționale.

G miligrame = ×
GPământ = 2 kg ∙ 9,8 N/kg = 19,6 N și
GLună = 2 kg ∙ 1,62 N/kg = 3,24 N
Scrie formula pentru greutate și calculează valorile cerute.

Concluzie: Un corp are aceeași masă pe suprafața diferitelor planete, dar greutatea lui diferă de la o planetă la alta.

3.3.3.2. Forța de frecare (Ff)
Curling (figura 3.63.a) este un sport bazat pe o idee foarte simplă: se lansează o piatră pe o pistă de gheaţă, astfel încât ea să se oprească cât mai aproape de o țintă desenată pe gheață (numită casă).

În imaginea 3.63.b) este arătată poziția pietrei la intervale egale de timp până în momentul opririi ei. Pe porțiunea AB piatra are o mișcare încetinită din cauza interacțiunii cu suprafața pe care ea se deplasează. Acestei interacțiuni îi corespunde forța de frecare, care acționează asupra pietrei din partea suprafeței de contact.

Forța de frecare apare din cauza asperităților suprafețelor aflate în contact. Ea depinde de natura suprafețelor aflate în contact și este cu atât mai mare cu cât apăsarea exercitată de corp pe suprafață este mai mare.

Definiție: Forța care apare la suprafața de contact dintre două corpuri și se opune mișcării unui corp față de celălalt se numește forța de frecare (Ff ).

Reţine: Caracteristicile forței de frecare (figura 3.64):
- are direcția suprafeței de contact dintre cele două corpuri.
- are sensul opus vitezei corpului.
- mărimea forței de frecare crește odată cu apăsarea exercitată de corp pe suprafața de contact și depinde de natura suprafețelor aflate în contact.

Figura 3.63.a)
A B v oprire
Figura 3.63.b) v
Ff
Figura 3.64
62
Activitate experimentală
Măsurarea forței de frecare cu dinamometrul
Leagă corpul de dinamometru și trage încet (figura 3.65), cu viteză constantă. Mărimea forței indicată de dinamometru este egală cu mărimea forței de frecare.

Observație: Aproape orice activitate ar fi greu de realizat fără forța de frecare: nu am putea ține creionul în mână, nu am putea merge, mașinile ar sta pe loc, deși roțile se învârtesc etc.

Un tip special de forță de frecare este forța de rezistență a aerului
(figura 3.66), care acționează asupra obiectelor aflate în mișcare în aer. Ea devine mai importantă pentru obiectele care se deplasează cu viteze mari (parașutist, mașină, schior etc.) sau au suprafață foarte mare (barca cu pânze). Ca toate forțele de frecare, și forța de rezistență se opune mișcării (vitezei corpului). La viteze mici ale obiectelor, această forță poate fi neglijată.

3.3.3.3. Forța elastică (Fe)
Un resort alungit sau comprimat este deformat elastic. În figura 3.67.a) este prezentat resortul în stare nedeformată, care are lungimea L0. El este alungit (figura 3.67.b) sau comprimat (figura 3.67.c), având lungimile L1 respectiv L2.

Deformarea resortului (notată cu DL) este:
- DL1= L1 – L0 la alungire (figura 3.67.b). (13)
- DL2= L0 – L2 la comprimare (figura 3.67.c). (14)
Resortul revine la forma inițială sub acțiunea unei forțe numite forțe elastică (notată Fe).

Definiție: Forța elastică este forța care apare în interiorul unui corp deformat elastic și readuce corpul la forma inițială.

Ff v
Figura 3.65
Frezistență aer v
Figura 3.66
Figura 3.67 b) Resort alungit c) Resort comprimat
a) Resort nedeformat
L0
∆L1 = (L1 – L0)
L1
Fe 1
L2
∆L2 = L0 – L2 Fe 2
63
LUCRARE DE LABORATOR
Determinarea relației dintre mărimea forței elastice și deformarea resortului
Materiale necesare: resort, un cârlig-suport, discuri crestate, riglă
Mod de lucru:
- Atârnă un resort de un suport orizontal (figura 3.68).
- Măsoară cu o riglă lungimea resortului nedeformat L0 (figura 3.68).
- De capătul liber al resortului, agață un cârlig-suport pentru discurile crestate și apoi pune pe acesta mai multe discuri crestate. Suportul
și discurile formează un corp cu masa M cunoscută, pe care o notezi.

Măsoară acum lungimea resortului alungit, L (figura 3.68).
- Corpul de masă M este în repaus sub acțiunea a două forțe: greutatea (G) și forța elastică (Fe). Cele două forțe au aceeași direcție, sens contrar și trebuie să aibă și aceeași mărime pentru ca M să fie în repaus.
- Deci:
Fe = G Þ Fe = Mg (15)
- Completează tabelul de date experimentale și calculează pentru fiecare valoare a lui M raportul
Fe Mg
L L = D D.

Tabel de date experimentale
Nr. det. L0 (m) M (kg) L (m) DL = L – L0 (m)
N m
Fe Mg
L L
æ ö = ç ÷ D D è ø
Concluzie: Raportul Fe
DL este constant pentru un resort dat. Deci, forța elastică este direct proporțională cu deformarea resortului.

k k e e
F F L
L = Þ = ×D
D k se numește constanta elastică a resortului
Definiție: Constanta elastică a unui resort (k) este egală cu raportul dintre forța elastică (Fe) și deformarea resortului (DL).

k Fe
L = D și [k] în eS I = N/m (16)
Observație: Forța elastică apare la ambele capete ale resortului.

Reţine: Caracteristicile forței elastice (figura 3.69):
- are direcția resortului.
- are sensul spre poziția de resort nedeformat (în sens contrar deformării resortului).
- mărimea forței elastice se calculează din relația:
Fe = k ∙ DL
M
Figura 3.68
L0
L
F DL e
G
Figura 3.69
L0
L
Fe
DL = L – L0
Fe
64
Activități de învățare
Identificarea și reprezentarea forțelor în situații din viața cotidiană
1) Bungee jumping (sau săritura cu coarda elastică) este un sport în care practicantul, fiind legat de o coardă elastică prinsă de glezne (figura 3.70.a), sare de la mare înălțime.

Reprezintă forțele care acționează asupra sportivului.

Rezolvare:
1. Reprezintă diagrama obiect-interacțiuni pentru sportiv (figura 3.70.b).

2. Stabilește forța care corespunde fiecărei interacțiuni (figura 3.70.b).

3. Reprezintă forțele care acționează asupra sportivului ținând cont de caracteristicile acestora
(figura 3.70.c) și de starea mecanică a sportivului (este în repaus sau are o mișcare accelerată).

Utilizarea simbolurilor mărimilor fizice studiate şi a formulelor aferente
2) Un corp aflat pe o suprafață orizontală este tras cu viteză constantă cu ajutorul unui resort, carea re constanta elastică de 100 N/m. În timpul mișcării, alungirea resortului este de 2 centimetri.

a) Reprezintă sistemul descris și forțele orizontale care acționează asupra corpului.

b) Calculează forța de frecare.

k = 100 N/m, DL = 2 centimetri = 0,02 m 1. Scrie datele problemei folosind simbolurile învățate și exprimă mărimile în unități ale eS I.

2. Pentru reprezentarea forțelor care acționează asupra corpului trebuie să ai în vedere caracteristicile acestora (figura 3.71).

Ff = Fe (17)
Dar Fe = kDL deci Ff = kDL
3. Corpul are viteză constantă numai dacă cele două forțe au aceeași direcție, sens contrar și mărimile egale.

Ff = 100 N/m ∙ 0,02 m = 2 N 4. Efectuează calculul numeric.

Activități de autoevaluare
1) Reprezintă forțele care acționează asupra unui parașutist din figura 3.72.a) și asupra schiorului din figura 3.72.b).

2) Un corp cu volumul de 0,1 L și densitatea de
8,8 grame pe centimetri cubi. este suspendat de un resort vertical. Resortul se alungește cu 2,2 centimetri.

Coardă elastică
Pământ
Sportiv
Forța elastică
Greutatea sportivului
Figura 3.70.b). Diagrama obiect-interacțiuni
Fe
G
Figura 3.70.c).

Reprezentarea
Figura 3.70.a) forțelor v
Figura 3.71
DL
Ff Fe
Figura 3.72.a) Figura 3.72.b)
65
a) Reprezintă forțele care acționează asupra corpului.

b) Calculează masa corpului.

c) Calculează constanta elastică a resortului exprimată în N/m.

3) Un parașutist are, împreună cu parașuta, o masă de 110 kg. Atunci când parașuta este deschisă, el are o mișcare rectilinie și uniformă.

a) Reprezintă forțele care acționează asupra ansamblului format din parașută și parașutist.

b) Calculează forța de rezistență a aerului în situația descrisă.

Activitate interdisciplinară
Studiază cu atenţie desenul de mai jos și răspunde următoarelor cerințe:
1. Identifică fenomenele fizice din imagine. Notează-le în caiet.

2. Notează în caiet forțele pe care le vezi în desen.

3. Scrie un scurt eseu în care să folosești noțiunile de interacțiune și forță în diferite situații.

5. Realizează un desen care să sugereze cât mai multe fenomene și mărimi fizice studiate în capitol.

Prezintă desenul în faţa colegilor. Foloseşte în explicaţii un limbaj ştiinţific şi dă cât mai multe detalii tehnice.

66
Rezumat
Ø Interacțiunea este acțiunea reciprocă între două corpuri.

Ø Forța este o măsură a interacțiunii corpurilor.

Ø Unitatea de măsură pentru forţă în eS I este newtonul ( eS I [] N F = ).
Ø Instrumentul de măsură pentru forţă este dinamometrul.

Denumirea forței
Caracteristicile forței
Reprezentarea forței Direcția Sens Punctul dea plicație Mărimea
Greutatea
G verticală în jos corpul G = miligrame
Forța de frecare
Ff a suprafeței de contact opus vitezei corpul crește odată cu creșterea apăsării exercitate de corp pe suprafața de contact
și depinde de natura suprafețelor aflate în contact.

Forța elastică
Fe a resortului
spre poziția resort nedeformat
capătul resortului deformat
Fe = kDL
DL = L – L0
Activități de evaluare
Recapitularea noțiunilor învățate
1) Realizează o diagramă (schiță) de forma celei din figura 3.73, în care subiectul să fie:
a) forța. b) greutatea. c) forța de frecare. d) forța elastică.

Prezintă diagrama sub formă de poster (sau pe calculator) în clasă.

G
Ff v
Figura 3.73
Caracteristica 6
SUBIECTUL
Caracteristica 5
Caracteristica 4
Caracteristica 3
Caracteristica 2
Caracteristica 1
Fe Fe
L0
L
67
Indicații: În funcție de subiect, poți mări sau micșora numărul de caracteristici (proprietăți, noțiuni învățate, formule) sau poți adăuga particularități pentru unele caracteristici (poți dezvolta diagrama sub forma unui ciorchine). Introdu în diagramă cât mai multe lucruri pe care le-ai învățat despre SUBIECTUL dezvoltat.

2) Alege răspunsurile corecte din tabelul prezentat în figura 3.74:
1) Care este unitatea de măsură pentru greutate în eS I? kg N g
2) Cum se numește aparatul folosit pentru măsurarea greutății corpurilor? cântarul dinamometrul mensura
3) Ce relație există între greutatea unui corp și masa lui? g = m g = m/g g = miligrame
4) Ce mărime fizică se notează cu g? gramul accelerația gravitațională greutatea
5) Care este unitatea de măsură pentru mărimea fizică notată cu g?
N/kg N kg
6) Direcția greutății este: verticală în jos orizontală
7) Masa unui obiect pe Lună, față de masa aceluiași obiect pe Pământ, este: mai mare egală mai mică
8) Greutatea unui obiecte pe Lună, față de greutatea aceluiași obiect pe Pământ este: mai mare egală mai mică
9) Un obiect rămâne în repaus sub acțiunea a două forțe care au aceeași., aceeași., dar. opus: direcție, mărime , sens sens, mărime, direcție direcție, sens, mărime
10) Masa unui obiect la Polul Nord, față de masa aceluiași obiect la Ecuator, este: mai mare aceeași mai mică
11) Mărimea forței elastice este proporțională cu: lungimea resortului deformarea resortului masa resortului
12) Sensul forței de frecare, ce acționează asupra unui corp, este: contrar vitezei corpului același cu viteza corpului același cu suprafața de contact
Figura 3.74
Reprezentări grafice
3) În laboratorul de fizică, Ionuț a măsurat deformarea unui resort și a calculat forța elastică corespunzătoare fiecărei deformări. Datele obținute sunt trecute în tabelul din figura 3.75:
Fe (N) 0 2 4 6 8 10 12 14 16
DL (centimetri) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Figura 3.75
Trasează graficul care arată dependența forței elastice de deformarea resortului măsurată de Ionuț.
68
4) În graficul din figura 3.76 este reprezentată forța elastică ce apare într-un resort în funcție de lungimea resortului.

Determină: a) lungimea resortului nedeformat. b) constanta elastică a resortului. c) lungimea resortului corespunzătoare unei forțe elastice de 2,5N.

Aplică noțiunile fizice învățate în viața cotidiană.

5) Din activitatea cotidiană, dă exemple de corpuri care se deformează: a) plastic. b) elastic.

6) Ce greutate are un copil cu masa de 45 kg?
7) Vrei să determini constanta elastică a resortului care intră în alcătuirea dinamometrului din laboratorul de fizică. Ce trebuie să măsori și cum vei proceda?
8) Elena, colega ta, spune: „Am cumpărat o pungă de zahăr cu greutatea de un kg”. Corectează-i exprimarea!
9) Șoferii știu că iarna, când pe șosea este polei, mașinile trebuie să se deplaseze cu viteză foarte mică și nu trebuie acționată brusc frâna sau schimbată brusc direcția de mișcare. Explică de ce.

10) Ce forță este necesară pentru ca să poți merge pe trotuar? Te poți deplasa pe suprafața unui lac înghețat? Explică.

11) În care dintre cazurile enumerate mai jos este vorba despre masa corpurilor și în care despre greutatea lor? Scrie în paranteză masă sau greutate, după caz:
a) o macara ridică o stivă de scânduri (.). b) într-o pungă se află făină (.). c) un tren transportă pietriș (.). d) un om ridică un geamantan (.).

12) De ce nu putem șterge cu o radieră scrisul de pe o foaie de hârtie așezată pe masă decât dacă
ținem hârtia cu mâna? Capitolul 4. FENOMENE TERMIC
Figura 3.76
L (m)
Fe(N)
1
1
2
3
4
2
69
2. FENOMENE MECANICE
Capitolul 4. FENOMENE TERMICE
4.1. STARE TERMICĂ. TEMPERATURĂ
4.1.1. Stare termică. Contact termic. Echilibru termic

Activitate experimentală
• Pregăteşte în trei vase suficient de largi apă călduţă, apă foarte caldă şi, respectiv, apă cu gheaţă.

• Introdu simultan o mână în vasul cu apă foarte caldă şi pe cealaltă în vasul cu apă foarte rece şia şteaptă câteva secunde.

• Scoate simultan mâinile din cele două vase şi introdu-le imediat în al treilea vas.

Informaţiile transmise de cele două mâini vor fi diferite: mâna care a stat în apă foarte caldă îţi va da senzaţia că apa este rece, iar cea care a stat în apa rece îţi va da senzaţia că apa din al treilea vas este caldă. (Experienţa a fost făcută pentru prima dată de filosoful englez Locke, în 1790.)
Cum este, de fapt, apa: rece sau caldă?
Simţurile noastre evidenţiază proprietatea corpurilor de a fi mai calde sau mai reci.

Senzaţiile de cald sau de rece sunt senzaţii relative, subiective. dar suntem cu toţii de acord că unele corpuri sunt mai reci decât altele, din cauza gradului de încălzire diferit.

Gradul de încălzire a corpurilor este o proprietate ce poate fi măsurată, deci poate fi determinată în mod obiectiv.

Două sau mai multe corpuri care au stări diferite de încălzire, puse în contact, interacţionează termic, modificându-şi starea termică (gradul de încălzire). Spunem că ele se află în contact termic. După un timp suficient de lung, corpurile aflate în contact termic vor avea acelaşi grad de încălzire (adică aceeaşi stare termică). Ele vor ajunge la echilibru termic.

4.1.2. Temperatura, măsurarea temperaturii, scări de temperatură
Starea de încălzire a corpurilor permite introducerea unei relaţii de ordine între corpuri. Deci, aşa cum am mai spus, gradul de încălzire poate fi măsurat.

Pentru a măsura starea de încălzire a corpurilor, deci pentru a o caracteriza în mod obiectiv, avem nevoie de o mărime fizică, numită temperatură.

Reţine: Temperatura este o mărime fizică ce poate fi măsurată asociind o valoare numerică fiecărei stări de încălzire a corpurilor.

Două corpuri cu temperaturi diferite pot fi puse în contact termic. După un timp mai scurt sau mai lung, cele două corpuri vor avea aceeaşi temperatură. În acel moment, cele două corpuri vor ajunge la echilibru termic. Deci, temperatura este proprietatea necesară şi suficientă pentru a caracteriza echilibrul termic.

Două sau mai multe corpuri aflate la echilibru termic vor avea întotdeauna aceeaşi temperatură.

Dacă un corp A este în echilibru termic cu un corp B, iar corpul B este în echilibru termic cu corpul
C, atunci corpul A va fi în echilibru termic cu corpul C. Această afirmaţie, considerată întotdeaunaa devărată, nu poate fi demonstrată. Ea reprezintă aşa-numitul Principiu al Tranzitivităţii Termice.

În Sistemul Internaţional de unităţi, unitatea de măsură pentru temperatură se numeşte Kelvin:
[T] în eS I = 1K (1)
Kelvinul este o unitate de măsură fundamentală, la fel ca metrul, secunda, kilogramul etc.

4. Fenomene termice
70
Există însă şi alte unităţi de măsură pentru temperatură: gradul Celsius, gradul Fahrenheit, gradul Rankine.

Pentru a înţelege ce înseamnă un grad Celsius şi care este legătura între unităţile de măsură amintite mai sus, să vedem cum putem măsura temperatura.

Dispozitivul cu care se măsoară temperatura se numeşte termometru (vezi figura 4.1).

Orice termometru are un corp termometric, caracterizat de o mărime fizică ce variază cu temperatura.

În cazul termometrului cu lichid, corpul termometric este lichidul (de exemplu, alcool), iar mărimea fizică ce variază cu temperatura este lungimea coloanei de lichid.

Figura 4.2
Există şi alte tipuri de termometre: cu gaz (hidrogen, azot. volumul gazului variază cu temperatura) sau cu metal în stare lichidă (mercur. lungimea coloanei de mercur variază cu temperatura).

Oricare ar fi natura termometrului, o caracteristică a fiecăruia este variaţia cu temperatura a mărimii fizice ce caracterizează corpul termometric. De exemplu, dacă termometrul cu alcool este pus în contact cu corpuri cu diverse stări termice, lungimea coloanei de alcool va avea lungimi diferite, bine determinate, pentru stări termice diferite.

Activitate experimentală
• Să studiem cu atenţie un termometru cu alcool (figura 4.2). Pune termometrul în contact cu o bucată de gheaţă.

• După ce ai aşteptat un timp, necesar realizării echilibrului termic între termometru şi bucata de gheaţă, observă cu atenţie care este valoarea lungimii coloanei de lichid.

• Pune apoi termometrul în contact cu un lichid cald.

• Aşteaptă din nou să se atingă echilibrul termic. Vei observa că lungimea coloanei de lichid s-a modificat.

Reţine: Orice termometru are un corp termometric. Corpul termometric este caracterizat de o mărime termometrică care variază cu temperatura. Această variaţie este de preferat să fie liniară, deoarece o variaţie liniară asigură ca unui anumit grad de încălzire să-i corespundă o unică valoare a temperaturii.

Tipuri de termometre
Corpul termometric este alcoolul.

Figura 4.1
71
Scări de temperatură
Când termometrul este pus în contact cu un corp cu o anume stare termică, la echilibru termic temperatura corpului termometric va fi egală cu temperatura corpului respectiv.

Pentru a stabili o scară de temperatură, trebuie să stabilim o corespondenţă între temperatura termometrului şi valoarea măsurată a mărimii fizice ce caracterizează corpul termometric.

Vom avea nevoie de două stări de încălzire distincte, uşor de reprodus (le vom numi repere), cărora le asociem în mod convenţional două valori numerice pentru temperatură. Obţinem în acest fel un interval de temperatură. Pentru a obţine unitatea de temperatură în scara respectivă, vom împărţi intervalul de temperatură obţinut într-un număr întreg, arbitrar, de intervale egale. De exemplu, pentru scara Celsius, cele două repere sunt apa pură în echilibru cu gheaţa şi starea de fierbere a apei pure, în ambele cazuri, presiunea atmosferică fiind cea normală2.

Activitate experimentală
Etalonarea unui termometru (figura 4.3)
Mod de lucru
• Se introduce rezervorul termometrului într-una mestec de apă pură în echilibru cu gheaţă.

• Se aşteaptă realizarea echilibrului termic, apoi se marchează nivelul superior al coloanei de lichid.

• Se aduce apoi termometrul în contact cu apa care fierbe.

• Se aşteaptă realizarea echilibrului termic şi se marchează din nou nivelul superior al coloanei de lichid (evident, lungimea coloanei de lichid va fi mai mare decât în primul caz).

Figura 4.3
• Prin convenţie, i se atribuie primului reper valoarea 0, iar celui de al doilea, valoarea 100.

• Divizăm intervalul de pe scala termometrului, cel cuprins între cele două repere, într-o sută de părţi egale şi atribuim o valoare numerică crescătoare, de la 0 la 100, fiecărei diviziuni.

• Fiecare astfel de diviziune este un grad Celsius, iar temperatura unui corp, măsurată cu acest termometru, va fi egală cu cifra indicată pe scala termometrului.

Reţine: Orice scară de temperatură trebuie să aibă două repere, uşor de reprodus, cărora li sea sociază în mod convenţional două valori distincte pentru temperatură. În scara respectivă, gradul se obţine divizând intervalul dintre cele două repere într-un anumit număr de intervale egale.

4.1.3. Modificarea stării termice. Încălzire, răcire (transmiterea căldurii)
Dacă două corpuri cu stări termice diferite sunt puse în contact, în mod spontan se va transfera căldură de la corpul mai cald la corpul mai rece, astfel încât, după un timp suficient de lung, cele două corpuri vor ajunge la echilibru termic.

Etalonarea unui termometru
2 Presiunea atmosferică este determinată de greutatea atmosferei care apasă pe suprafața Pământului și are valoareaa proximativă de 100000 N/m pătraţi.

72
Transferul de căldură are loc deoarece există o diferenţă de temperatură între cele 2 corpuri.

Transmiterea căldurii de la corpul mai cald la corpul mai rece se poate face:
› prin conducţie.
› prin convecţie.
› prin radiaţie.

Transferul căldurii prin conducţie se realizează atunci când se pun în contact corpuri cu temperaturi diferite. De exemplu, linguriţa rece, pusă în contact cu ceaiul cald, se va încălzi.

Modificarea stării termice prin convecţie se datorează căldurii transferate de un fluid aflat în mişcare.

De exemplu, dacă ţii mâna în vecinătatea unei flăcări, mâna ta se va încălzi din cauza curenţilor de aer cald.

Dacă în cazul transferului de căldură prin conducţie sau prin convecţie este nevoie de un mediu prin care să se propage energia termică, transferul de căldură se poate face şi prin vid, prin radiaţie. Căldura este transmisă de radiaţiile termice. Un exemplu de astfel de radiaţii sunt razele de lumină. Aşa putem explica încălzirea Pământului de la Soare.

Energia transportată de radiaţii se transformă (total sau parţial) în căldură atunci când radiaţiile întâlnesc un corp. De exemplu, de la capătul încălzit până la incandescenţă al unei bare de metal, se va transmite căldură în restul barei, prin conducţie. Aerul din jurul barei se va încălzi prin convecţie, din cauza mişcării curenţilor de aer, curenţi aflaţi iniţial în contact cu capătul înroşit al barei. La distanţă mare de bara înroşită, aerul se va încălzi ca urmare a transferului de căldură prin radiaţie.

Reţine: căldura se transmite prin:
› conducţie.
› convecţie.
› radiaţie.

• Scara Celsius (figura 4.4) este numită după astronomul suedez Anders
Celsius. Iniţial, el a atribuit temperatura 0°C punctului de fierbere al apei pure şi temperatura de 100°C punctului de îngheţ al apei pure. Cel care a dat formaa ctuală a scării Celsius a fost botanistul Carl Linné, în 1744 (anul morţii lui
Celsius).

• Există şi alte scări de temperatură: Scara Fahrenheit, Scara Rankine, Scara Kelvin.

• Scara Kelvin este o scară de temperatură care are doar temperaturi pozitive. O diviziune pe scara Kelvin este egală cu o diviziune pe scara
Celsius. Temperaturii de zero grade Celsius îi corespunde o temperatură de
273,15 K.

• În scara Fahrenheit, temperaturii de îngheţ a apei pure i se atribuie valoarea de 32°F, iar temperaturii la care fierbe apa pură la presiunea tmosferică normală i se atribuie valoarea de 212°F. Evident, cele două repere vor fi separate de 180 de diviziuni (grade Fahrenheit).

• Fahrenheit a fost cel care a folosit pentru prima dată mercurul drept corp termometric, deoarece mercurul nu numai că rămâne în stare lichidă pe intervale mari de temperatură, dar dependenţa liniară între temperatură şi lungimea coloanei de lichid se păstrează pe intervale mai mari de temperatură.

• Temperatura corpurilor incandescente nu poate fi măsurată cu termometrul. În acest caz, temperatura se măsoară în funcţie de culoarea emisă de corpul respectiv, cu un dispozitiv numit pirometru.

Termometru etalonat în grade Celsius
și în grade
Fahrenheit
Figura 4.4
73
Temperatura °C (°F) 580°C (1 076°F) 730°C (1 350°F) 930°C (1 710°F) 1 300°C (2 370°F)
Culoarea (subiectivă) Roşu întunecat Roşu strălucitor Portocaliu strălucitor Galben foarte deschis
• Deşi iniţial pirometrul (figura 4.5) se folosea doar pentru măsurarea temperaturii corpurilor incandescente, în zilele noastre el se foloseşte şi pentru măsurarea unor temperaturi mai joase. Această metodă de măsurare a temperaturii nu necesită contact între pirometru şi corpul a cărui temperatură se măsoară. De aceea, pirometrul poate fi folosit pentru corpurile a căror temperatură vrem să o măsurăm, dar care, din diferite motive, nu pot fi atinse.

• Temperatura poate fi determinată şi cu ajutorul unor senzori.

De exemplu, în 2001 NASA a lansat nava spaţială WMAP (figura 4.6).

Această sondă spaţială a măsurat energia microundelor din cosmos.

Temperatura Universului este dată practic de temperatura radiaţiei primordiale de fond a acestor microunde. Măsurând diferenţele de temperatură în direcţii opuse ale Universului şi prelucrând datele obţinute, fizicienii au obţinut informaţii referitoare la vârsta şi la structura Universului timpuriu.

Activităţi de învăţare
1) În figura alăturată sunt schiţate trei termometre. Răspunde la următoarele întrebări:
a) Care este domeniul de măsurare pentru fiecare dintre termometre? b) Care este cea mai mare temperatură care poate fi măsurată cu termometrele din figură? Dar cea mai mică? c) Ce temperatură îi corespunde lungimii maxime a coloanei de lichid pentru fiecare dintre cele trei termometre?
2) O diviziune pe scara Kelvin este egală cu o diviziune pe scara Celsius. Temperaturii de zero grade Celsius îi corespunde temperatura T0 = 273 K.

Deci, relaţia de transformare între o temperatură oarecare exprimată în grade Celsius şi aceeaşi temperatură exprimată în Kelvin este: t(°C) = T – T0. (2)
De exemplu, dacă temperatura unui corp este de 310 K, vom obţine temperatura în grade Celsius astfel: t = T – T0 = 310 – 273 = 37°C (este temperatura corpului uman).

Răspunde la următoarele întrebări:
a) Ce valoare va avea temperatura T = 373 K, exprimată în grade Celsius? b) Ce valoare va avea temperatura t = 7°C, exprimată în Kelvin?
3) Temperatura unui corp a crescut cu 5°C.

a) Exprimă această variaţie de temperatură în unităţi din Sistemul Internaţional.

b) Dar dacă temperatura corpului a scăzut cu 5°C, cu câte unităţi din Sistemul Internaţional de unităţi a scăzut temperatura corpului?
Pirometru
Sonda
Spaţială
WMAP
Figura 4.6
Figura 4.5
74
Rezumat
Temperatura este o mărime fizică ce poate fi măsurată asociind o valoare numerică fiecărei stări de încălzire a corpurilor.

Puse în contact termic, două corpuri cu temperaturi diferite, după un timp mai scurt sau mai lung, vor ajunge la aceeaşi temperatură, adică vor ajunge la echilibru termic.

Temperatura este proprietatea necesară şi suficientă pentru a caracteriza echilibrul termic.

Dacă un corp A este în echilibru termic cu un corp B, iar corpul B este în echilibru termic cu corpul
C, atunci corpul A va fi în echilibru termic cu corpul C. Această afirmaţie, considerată întotdeaunaa devărată, nu poate fi demonstrată. Ea reprezintă aşa-numitul Principiu al Tranzitivităţii Termice.

Un Kelvin este unitatea de măsură pentru temperatură în Sistemul Internaţional de unităţi.

Există şi alte unităţi de măsură pentru temperatură, de exemplu gradul Celsius.

Relaţia de transformare între o temperatură oarecare exprimată în grade Celsius şi aceeaşi temperatură, exprimată în Kelvin, este: t(°C) = T – T0.

Temperatura poate fi măsurată cu termometrul.

Orice termometru are un corp termometric.

Corpul termometric este caracterizat de o mărime termometrică ce variază cu temperatura.

O scară de temperatură are două repere, uşor de reprodus, cărora li se asociază în mod convenţional două valori distincte pentru temperatură. Pe scara respectivă, gradul se obţine divizând intervalul dintre cele două repere într-un anumit număr de intervale egale.

Căldura se transmite prin:
- conducţie.
- convecţie.
- radiaţie.

Aplicaţii
1) În tabelul de mai jos sunt notate temperaturile de topire pentru mai multe substanţe:
Substanţa Gheaţă pură Aluminiu Aur Mercur Argint Oxigen
Temperatura (°C) 0 660 1 063 –39 960,5 –219
Răspunde, în scris, la următoarele cerinţe:
a) Care este cea mai mare temperatură? b) Ce substanţă are cel mai coborât punct de topire? c) Ordonează crescător temperaturile din tabel.

d) Ce valoare are temperatura de topire a mercurului, exprimată în Kelvin?
2) Ȋn tabelul de mai jos sunt notate temperaturile unor corpuri:
Corp Corpul omenesc Suprafaţa Soarelui
(temp. min.)
Suprafaţa lui Titan
(temp. med.) Broască ţestoasă Echidna Fluture
Temperatură 36,8°C 4 100 K 98,29 K 17°C 25°C 303 K
75
a) Ordonează crescător temperaturile corpurilor respective.

b) Care este corpul cel mai cald? Dar cel mai rece? c) Cât va deveni temperatura fluturelui, dacă temperatura sa va creşte cu 7°C (temperatura corpului unui fluture poate varia între aproximativ 28°C şi 38,8 °C)? Exprimă această temperatură obţinută atât în
°C cât şi în K.

d) Fluturii pot zbura chiar dacă temperatura mediului ambiant este de 285,8 K. Exprimă această temperatură în °C.

e) Calculează cu cât este mai mare temperatura corpului uman decât temperatura fluturelui.

Exprimă această diferenţă atât în grade Celsius, cât şi în Kelvin.

3) Exprimă în unităţi din Sistemul Internaţional următoarele temperaturi: –15°C, 17°C, –200°C, 37°C.

4) Exprimă în grade Celsius următoarele temperaturi: 0 K, 15 K, 200 K, 213 K.

5) Aşa cum poţi observa în figura alăturată, în scara Fahrenheit stării termice în care se găsesc în echilibru apa pură şi gheaţa, la presiunea tmosferică normală, i se atribuie valoarea de 32°F, iar stării termice în carea pa pură începe să fiarbă, la presiune normală, i se atribuie valoarea de
212°F.

a) Care este relaţia între un grad Celsius şi un grad Fahrenheit? b) Care este relaţia de transformare a unei temperaturi din grade
Celsius, în grade Fahrenheit? c) La ce temperatură indicaţia unui termometru este aceeaşi, fie că este exprimată în grade Celsius, fie în grade Fahrenheit?
6) Un termometru greşit etalonat indică, dacă este introdus în apă pură în echilibru cu gheaţă, – 6°C, iar dacă este introdus în apă care fierbe, 109°C. Ştiind că experienţa se desfăşoară la presiune atmosferică normală, calculează care este temperatura reală atunci când termometrul greşit etalonat indică 40°C.

7) În imaginea din figura 4.7 sunt marcate valori ale unor temperaturi situate între valorile extreme ale temperaturilor din universul cunoscut de noi. Studiază cu atenţie valorile temperaturilor marcate şi explicaţiile ce însoţesc imaginile ataşate valorilor numerice.

a) Ordonează descrescător valorile temperaturilor marcate, referitoare la planetele Sistemului Solar.

b) Calculează diferenţa dintre temperaturile extreme cunoscute ale corpului uman. Exprimă această diferenţă în unităţi din Sistemul Internaţional.

c) Calculează cât reprezintă procentual precizia de măsurare a celei mai joase temperaturi obţinute experimental, din valoarea absolută a temperaturii respective.

d) Cât reprezintă procentual cea mai ridicată temperatură obţinută experimental din cea mai ridicată temperatură imaginabilă în fizică? e) Presupunând că în cel mai rece loc cunoscut din univers ar exista heliu, în ce stare de agregare s-ar afla acesta? f) Este posibil ca anumite forme de viaţă să existe în orice colţ al Universului?
Scări de temperatură
76 Figura 4.7
77
4.2. EFECTE ALE SCHIMBĂRII STĂRII TERMICE
4.2.1. Dilatare/Contracţie
Activitate experimentală
• Fixează o bilă din metal la capătul unui lănţişor.

• Încearcă să treci bila din metal printr-un inel al cărui diametru este puţin mai mare decât diametrul bilei, în aşa fel încât prin inel să rămână trecut lănţişorul de care este suspendată bila.

• Cu ajutorul unei flăcări, încălzeşte bila metalică suficient de mult, astfel încât, trăgând de lănţişor, bila să nu poată trece înapoi, prin inel.

• Introdu bila încălzită într-un pahar cu apă rece şi aşteaptă un timp suficient de lung, în aşa fel încât, trăgând din nou de lănţişor, să poţi scoate bila prin inel.

Când ai încercat să scoţi bila încălzită prin inelul metalic, nu ai reuşit, deoarece bila s-a dilatat. Bila metalică răcită în vasul cu apă rece a trecut prin inel deoarece, prin răcire, bila s-a contractat.

Reţine: Numim dilatare, respectiv contractare, fenomenul de variaţie a dimensiunilor unui corp cu temperatura. Dacă dimensiunile corpului cresc, corpul s-a dilatat. Dacă dimensiunile corpului scad, corpul s-a contractat.

Din cauza fenomenului de dilatare/contractare, în construcţia conductelor metalice prin care circulă lichide încălzite sau vapori se folosesc racorduri speciale sau forme constructive care să facă faţă acestui fenomen (figura 4.8). Îmbinări de dilatare (dispozitive proiectate pentru a „absorbi” dilatarea şi contractarea induse de căldură a materialelor de construcţie) se găsesc frecvent între unele secţiuni de clădiri, poduri şi alte structuri.

Figura 4.8
Dacă variază temperatura, şi gazele îşi pot modifica volumul.

Dilatarea în volum a substanţelor solide şi lichide poate fi particularizată în următoarele cazuri speciale:
• dacă un corp solid are una dintre dimensiuni mult mai mare decât celelalte (de exemplu, în cazul unei tije) sau dacă un lichid este turnat într-un tub subţire, atunci putem spune că avem o dilatare în lungime (liniară).
• dacă un corp solid are două dimensiuni mult mai mari decât a treia dimensiune (ca în cazul unei plăci), atunci spunem că avem o dilatare în suprafaţă (superficială).

Racorduri folosite la îmbinarea conductelor prin care circulă lichide încălzite sau vapori
78
Activitate experimentală
• Umple complet cu apă un vas din metal.

• Încălzeşte vasul până când apa începe să curgă din vas.

Apa curge din vas deoarece, la aceeaşi variaţie de temperatură, variaţia volumului lichidului este mai mare decât variaţia volumului vasului, datorată dilatării pereţilor. Deci, dilatarea nu depinde numai de variaţia temperaturii, ci şi de natura materialului (în exemplul de mai sus, lichidul s-a dilatat mai mult decât corpul solid).

Reţine: La o aceeaşi variaţie de temperatură, unele corpuri se dilată mai mult, altele mai puţin.

Proprietatea corpurilor de a-şi modifica dimensiunile odată cu variaţia temperaturii este caracterizată printr-o mărime fizică numită coeficient de dilatare termică liniară, α. Unitatea de măsură a coeficientului de dilatare este:
[a] în eS I = K–1. (1)
Fenomenul de dilatare a metalelor poate fi pus în evidenţă cu ajutorul pirometrului din laboratorul de fizică.

Extindere
S-a constatat experimental că dacă în intervalul de temperatură considerat coeficientul de dilatare liniară rămâne constant, atunci variaţia relativă a lungimii unei bare, 0 l l
D , este direct proporţională cu variaţia temperaturii (figura 4.9). Coeficientul de dilatare liniară, α, se defineşte ca fiind coeficientul de proporţionalitate dintre cele două variaţii:
0 l t l
D =a×D ( 0l reprezintă lungimea barei la temperatura (t0 = 0°C).

Deci, lungimea barei, l, la o temperatură t oarecare, poate fi exprimată în funcţie de lungimea l0 şi de coeficientul de dilatare liniară astfel: l = l0(1 + a ori Dt). (2)
În cazul dilatării în volum, se poate defini un coeficient de dilatare termică volumică, γ. Pentru substanţele care se comportă la fel (în privinţa dilatării) pe toate cele trei dimensiuni, γ ≈ 3α.

Valoarea coeficienţilor de dilatare termică se determină experimental.

Figura 4.9

• În general, un solid se dilată în mod egal pe orice direcţie. Un bănuţ din metal, încălzit, îşi va creşte suprafaţa, dar îşi va păstra forma.

• Există corpuri care nu se dilată la fel pe orice direcţie. De exemplu, un „bănuţ” de cuarţ încălzit se va transforma într-un corp cu faţă eliptică. Corpurile care nu se dilată la fel pe orice direcţie se numesc anizotrope. corpurile care se dilată la fel pe orice direcţie se numesc izotrope.

Variaţia lungimii barei, Dl l0 l
79
• În general, prin încălzire, substanţele se dilată. există însă şi substanţe care au o comportare diferită. De exemplu, când temperatura creşte de la 0°C la 4°C, apa nu îşi măreşte volumul, ci şi-l micşorează, având cea mai mare densitate la 4°C. Acest fenomen este cunoscut drept anomalia apei.

• Termometrele cu alcool funcţionează pe baza fenomenului de dilatare a coloanei de lichid, ca urmare a creşterii temperaturii.

• Există un aliaj de fier şi nichel numit „invar” (o prescurtare de la „invariant”), care are proprietatea că dimensiunile sale variază foarte puţin cu temperatura. Este mult folosit în industria aviaţiei, deoarece avioanele sunt supuse în timpul zborului la variaţii mari de temperatură. Aceste variaţii de temperatură ar putea determina dilatarea şi contractarea aripilor în timpul zborului, ceea ce ar putea duce la ruperea acestora.

4.2.2.Transformări de stare de agregare
Activitate experimentală
• Pregăteşte apă caldă într-un vas metalic, suficient de mare.

• În alt vas, pregăteşte câteva cubuleţe de gheaţă.

• Pune cubuleţele de gheaţă în vasul cu apă caldă. Gheaţa, în contact cu apa caldă, începe să se topească. Spunem că îşi schimbă starea de agregare.

• Pune vasul în care se află amestecul obţinut pe flacăra unei spirtiere. Apa va începe să fiarbă. Din nou îşi schimbă starea de agregare.

Starea de agregare este o formă de organizare a materiei, omogenă din punct de vedere al proprietăţilor fizice şi chimice.

Stările de agregare pot fi caracterizate prin libertatea de mişcare a particulelor constituente care formează substanţa respectivă şi prin intensitatea
(tăria) forţei de interacţiune dintre entităţile respective.

Clasic, există trei stări de agregare: solidă, lichidă şi gazoasă (figura 4.11).

Reţine: Există trei stări de agregare: solidă, lichidă şi gazoasă. Fiecare stare de agregare este caracterizată de proprietăţi chimice şi fizice distincte, caracteristice substanţei respective.

Forţele de interacţiune dintre particulele constituente ale corpurilor solide sunt suficient de puternice încât să menţină fixe atât forma, cât şi volumul corpului respectiv. În cazul corpurilor solide, particulele constituente au un aranjament spaţial ordonat.

Particulele constituente ale lichidelor au o mai mare libertate de mişcare decât particulele constituente ale solidelor. Forţele de interacţiune dintre particulele constituente ale lichidelor sunt suficient de puternice încât să menţină volumul propriu, dar nu şi forma. Lichidele nu au formă proprie, ele iau forma vaselor în care sunt puse.

La fel ca solidele, lichidele sunt practic incompresibile.

Cuburi de gheaţă
Figura 4.10
Structura internă a corpurilor
Figura 4.11 în cele trei stări de agregare
80
Gazele nu au nici formă proprie, nici volum propriu. Teoretic, se consideră că nu există forţe de interacţiune între particulele constituente. În realitate, aceste forţe sunt atât de mici, încât nu pot menţine nici forma, nici volumul constante. Gazele iau forma vasului în care sunt puse şi pot fi comprimate.

Activitate experimentală
• Pregăteşte apă caldă într-un vas metalic, suficient de mare. Cu ajutorul unui termometru, măsoară temperatura apei. Notează în caiet valoarea acestei temperaturi.

• În alt vas, pregăteşte câteva cubuleţe de gheaţă. Măsoară temperatura gheţii. Aşteaptă un timp suficient de lung pentru a se realiza echilibrul termic între gheaţă şi termometru. Notează valoarea temperaturii citite în caiet.

• Pune cubuleţele de gheaţă în vasul cu apă caldă. Gheaţa, în contact cu apa caldă, începe să se topească. Măsoară temperatura amestecului din momentul începerii topirii până când gheaţa se topeşte complet. Se observă că pe toată durata schimbării stării de agregare (adică în timpul topirii gheţii), temperatura rămâne constantă. Schimbările de stare de agregare sunt ilustrate în figura 4.12. Pe baza imaginii, definește fiecare schimbare de stare de agregare.

Substanţa care îşi modifică starea de agregare schimbă căldură cu mediul exterior. Această căldură, notată cu Q și numită căldură latentă de schimbare de stare de agregare, este folosită de substanţa respectivă pentru a-şi modifica structura internă.

Reţine: Schimbarea stării de agregare se face cu absorbţie sau cu cedare de căldură, dar temperatura substanţei nu se modifică în timpul procesului.

Figura 4.12
De exemplu, comunicându-i-se o cantitate suficientă de căldură, o masă oarecare de gheaţă, aflată la temperatura t1 = –10°C, se va încălzi până la temperatura de topire tt = 0°C. Ajunsă la această temperatură, gheaţa va folosi în continuare căldura primită pentru a-şi schimba starea de agregare.

Schimbarea stării se va face la temperatură constantă, ca în diagrama din figura 4.13.

Transformată în apă, substanţa va primi în continuare căldură, până la temperatura de vaporizare
100 vt C = °. Ajunsă la această temperatură, apa îşi va schimba starea de agregare şi se va transforma în vapori (pe tot parcursul vaporizării, temperatura nu se va modifica).

Desublimare (Q cedat)
Condensare / lichefiere (Q cedat)
Dacă în stare naturală substanţa este în stare lichidă, condensează. dacă este gaz, în stare naturală, se lichefiază.

Topire (Q primit).
Sublimare (Q primit).
Vaporizare (Q primit).
Solidificare (Q cedat).
81
Figura 4.13

• În timpul schimbării stării de agregare volumul substanţei se modifică, dar masa substanţei rămâne constantă.

• Temperatura la care se schimbă starea de agregare, constantă pentru o substanţă dată, depinde de forţa exercitată pe unitatea de suprafaţă (mărime fizică numită presiune). De exemplu, la presiunea tmosferică, apa fierbe la 100°C. Pe muntele Everest, la altitudini de peste 7000 m, presiunea atmosferică scade la aproximativ 2/5 din valoarea normală, iar punctul de fierbere al apei coboară la aproximativ
75°C. De aceea, alpiniştii spun că ceaiul nu are gust, iar ouăle nu pot fi fierte bine.

• Vaporizarea în toată masa lichidului se numeşte fierbere şi se face la temperatură constantă.

Vaporizarea la suprafaţa lichidului se numeşte evaporare şi are loc la orice temperatură. Evaporându-se, lichidele absorb căldură, răcind astfel suprafaţa corpului de pe care se evaporă.

• Vaporizarea în vid este instantanee.

• În fizica modernă, sunt cunoscute alte două stări de agregare ale substanţei: plasma şi
„Bose-Einstein condensate” (condensat Bose-Einstein). Plasma poate fi generată doar la temperaturi foarte mari, iar condensatul Bose-Einstein poate fi obţinut doar la temperaturi foarte scăzute.

Activităţi de învăţare
1) Explică de ce în radiatoarele maşinilor, în zilele geroase de iarnă, se pune nu apă, ci antigel
(temperatura de îngheţ a antigelului este de aproximativ –35°C).

2) Explică de ce nu este indicat să bem băuturi foarte fierbinţi sau să consumăm alimente foarte reci.

În răspunsul tău fă referire la smalţul dinţilor şi la fenomenul de dilatare/contractare.

3) La construcţia podurilor metalice, unul dintre capete se sprijină pe role de dilatare pentru a permite alungirea liberă, în cazul variaţiei temperaturii (figura 4.14). De asemenea, se folosesc îmbinări speciale. Explică rolul lor.

4) Circuitul apei în natură este procesul prin care apa circulă în mod continuu în hidrosfera Pământului. El este posibil datorită radiaţiei solare şi gravitaţiei terestre.

a) Descrie rolul radiaţiei solare şi al gravitaţiei în circuitul apei în natură.

Vaporizare
Topire Timp
(minute) t(°C) tv tc
tg
Figura 4.14
Îmbinări speciale folosite la poduri
82
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 timp (minute) t(°C)
1 600
1 500
1 538 b) Identifică, în figura 4.15, stările de agregare în care se găseşte apa.

Figura 4.15
Există mai multe procese care fac posibil circuitul apei în natură (figura 4.15).

• Advecţia este procesul de mişcare a apei prin atmosferă, datorită curenţilor de aer, în plan orizontal. Fără advecţie, apa evaporată de la suprafaţa oceanelor nu s-ar putea deplasa pentru a ajunge deasupra uscatului, unde să producă precipitaţii.

c) Ce precipitaţii observi în figură?
• Infiltraţia este procesul de pătrundere a apei de la suprafaţa solului în interiorul acestuia, prin umplerea golurilor dintre particule.

• Scurgerea este procesul prin care apa se mişcă la/sub suprafaţa solului.

• Capilaritatea este procesul care asigură mişcarea verticală a apei subterane.

d) Identifică în figura 4.15 şi alte procese care fac posibil circuitul apei în natură.

• Intercepţia prin foliaj este partea din precipitaţii interceptată de frunzişul plantelor.

e) Cum se numeşte transformarea de stare de agregare prin care apa ajunge din frunze înapoi în mediu?
5) O cantitate de fier topit este răcită între temperaturile extreme indicate în diagrama din figura 4.16. Folosind datele din diagramă, răspunde la următoarele întrebări:
a) Care este temperatura de topire a fierului? b) În ce stare de agregare se găseşte fierul, între momentele de timp 45 şi 60 de minute? c) Care este momentul de timp la care fierul începe să se solidifice? d) Care este momentul de timp la care fierul s-a solidificat complet? e) Procesul descris în diagrama de mai jos se va desfăşura cu cedare sau cu absorbţie de căldură?
Figura 4.16
Circuitula pei în natură
83
Rezumat
Dilatarea, respectiv contractarea, este fenomenul de variaţie a dimensiunilor unui corp cu temperatura. Dacă dimensiunile corpului cresc, corpul s-a dilatat. Dacă dimensiunile corpului scad, corpul s-a contractat.

La o aceeaşi variaţie de temperatură, unele corpuri se dilată mai mult, altele mai puţin. Proprietatea corpurilor de a-şi modifica dimensiunile odată cu variaţia temperaturii este caracterizată printr-o mărime fizică numită coeficient de dilatare termică liniară, α. Unitatea de măsură a coeficientului de dilatare este: [a] în eS I = K–1.

Lungimea barei, l, la o temperatură t oarecare, poate fi exprimată în funcţie de lungimea l0 şi de coeficientul de dilatare liniară astfel: l = l0(1 + a ori Dt).

Există trei stări de agregare: solidă, lichidă şi gazoasă. Fiecare stare de agregare este caracterizată de proprietăţi chimice şi fizice distincte, caracteristice substanţei respective.

Schimbarea stării de agregare se face cu absorbţie sau cu cedare de căldură, dar temperatura substanţei nu se modifică în timpul procesului.

Aplicaţii
1) Poţi explica de ce diametrul orificiului făcut de un glonţ într-un metal este mai mic decât diametrul glonţului?
2) Şinele de cale ferată se montează de obicei la temperatura de 20°C. La montare, între două şine consecutive se lasă un spaţiu liber numit „rost”.

Poţi explica utilitatea acestui spaţiu?
3) Un disc metalic are un orificiu concentric, ca în figuraa lăturată. Încălzind discul, circumferinţa exterioară creşte cu
4%. În aceste condiţii, circumferinţa interioară:
a) creşte cu 4%. b) scade cu 4%. c) rămâne nemodificată.

4) Un fir de cupru (a cupru = 17 ∙ 10–6 K–1) folosit pentru transportul energiei electrice are lungimea l0 = 60 m la temperatura t0 = 0°C. Calculează cu cât se va modifica lungimea firului dacă temperatura mediului ambiant devine:
a) T1 = 253 K. b) T1 = 313 K.

5) Egiptenii îşi construiau piramidele în care îşi înmormântau regii din blocuri de granit. În timp, şi-au perfecţionat tehnica de construcţie atât de mult, încât reuşeau să îmbine aproape perfect blocurile.

Dar învelişul exterior al piramidelor se deteriora rapid şi apăreau fisuri în construcţiile respective. După un timp, au încetat să mai construiască piramide şi au început să-şi îngroape regii în morminte simple, în
Valea Regilor.

a) Formulează o ipoteză referitoare la degradarea învelişului piramidelor şi la apariţia fisurilor. Ţine cont de faptul că, în clima deşertică, există variaţii considerabile de temperatură între noapte şi zi.

b) Descrie o modalitate de verificare a ipotezei propuse de tine şi prezintă etapele de verificare a ipotezei în mod sintetic şi structurat, folosind un vocabular adecvat, corect şi precis.

Spaţiu liber la îmbinarea dintre şinele de cale ferată
84
6) O masă de gheaţă m = un kg este încălzită în intervalul de temperatură [0°C, 100°C].

a) La ce temperatură începe apa să fiarbă? b) În ce stare de agregare se află substanţa pe perioada în care temperatura sa creşte? c) În ce stări de agregare se poate afla substanţa la finalul perioadei de timp reprezentate pe diagrama din figura de mai jos?
Activitate interdisciplinară
Studiază cu atenţie imaginea alăturată.

Răspunde la următoarele cerinţe:
1) Identifică fenomenele fizice din imagine. Notează-le în caiet.

2) Notează în caiet trei mărimi fizice cu care poţi descrie fenomenele fizice respective.

3) Notează în caiet unitatea de măsură pentru fiecare mărime fizică identificată.

4) Scrie un scurt eseu în care să descrii cum circulă apa în natură.

Foloseşte imaginea pentru a identifica procesele fizice caracteristice acestui circuit.

5) Realizează un desen care să sugereze cât mai multe fenomene fizice studiate în prezentul capitol. Prezintă desenul în faţa colegilor. Foloseşte în explicaţii un limbaj ştiinţific şi dă cât mai multe detalii tehnice.

t(°C)
Timp (minute)
100
0
85
Odată cu apariția mașinilor cu aburi și a electricității a început insomnia lumii (Guglielmo Ferrero)
Vă puteți imagina ce s-ar întâmpla dacă într-o zi/săptămână nu am avea curent electric? Viața noastră este strâns legată de existența și utilizarea curentului electric, a diferitelor aparate care funcționează pe bază de curent electric. În societatea actuală, în care poluarea este destul de accentuată, iar combustibilii sunt scumpi și din ce în ce mai greu de găsit, sursele de energie regenerabile sunt viitorul! În acest context, vorbim de utilizarea mașinilor electrice, a panourilor solare, a forței vântului și a apei pentru a produce curent electric ieftin și ecologic.

5.1. MAGNEŢI, INTERACŢIUNI ÎNTRE MAGNEŢI, POLI MAGNETICI
Scurt istoric: Fenomenele magnetice au fost observate în urmă cu aproximativ 2500 de ani în fragmente de minereu de fier magnetizat găsite lângă orașul antic Magnesia (Manisa, în vestul Turciei).

S-a descoperit că, atunci când o tijă din fier este adusă în contact cu un magnet natural, tija devine, dea semenea, magnetizată. Când tija este suspendată de un fir de centrul său, acesta tinde să se alinieze în direcția nord-sud, ca un ac de busolă. Magneții au fost utilizați pentru navigație încă din secolul al XI-lea.

Ne plac magneții care se lipesc de frigider, pe care îi cumpărăm din vacanță. Ne întrebăm cum funcționează ei. Folosim magneții în viața cotidiană: pentru păstrarea notițelor pe frigider, fixarea de etichete, închiderea ușilor de dulap, închiderea genților și a lănțișoarelor, legătura între jucării, gen trenulețe, mașini cu remorcă, construirea de puzzle-uri magnetice, ca suport pentru chei în bucătărie.

Activitate experimentală
1) Ai la dispoziție un magnet şi diferite corpuri: o plăcuță din lemn, monede de 10 bani și de
50 bani, un cui din fier, agrafe de birou, radieră. Atinge magnetul de celelalte corpuri. Ce observi?
Discută cu profesorul şi colegul de bancă şi formulează concluzii.

5. Fenomene electrice şi magnetice
86
Reţine: Magnetul este un corp care atrage obiecte din fier, aliaje ale fierului sau metale feroase
(cobalt, nichel şi aliajele lor).

2) Apropie un cui din fier de un magnet. Apropie apoi capătul liber al cuiului de nişte bolduri. Îndepărtează cuiul de magnet. Înlocuieşte cuiul din fier cu o lamă din oţel şi repetă operaţiile anterioare. Formulează concluzii asupra celor observate.

Reține: Se numește magnet permanent acel corp care are proprietăți magnetice stabile în mod natural, iar magnetul temporar este acel corp care pierde proprietățile magnetice la înlăturarea cauzei exterioare care a produs magnetizarea.

Magnetul permanent se găsește în natură sub forma unui minereu numit magnetită.

3) În imaginile din figura 5.1 se observă diferiţi magneţi.

Găseşte criterii de clasificare pentru magneţi.

Figura 5.1
Reţine: Magneţii pot fi clasificaţi după natura lor (naturali şi artificiali). după formă (liniar – ac magnetic –, bară, potcoavă, disc) şi funcție de intervalul de timp în care îşi păstrează proprietatea de a atrage unele corpuri (magnet permanent – substanțe care au proprietăți magnetice stabile în mod natural – şi magnet temporar – pierde proprietățile magnetice la înlăturarea cauzei exterioare care a produs magnetizarea).

Observație: Cei mai puternici magneţi permanenţi existenţi la ora actuală sunt produşi dintr-un aliaj din neodim-fier-bor.

Activitate experimentală
1) Dacă scapi câteva bolduri pe podea, care este cea mai bună metodă de a le aduna? În ce zone ale corpului sunt atrase boldurile? Urmărește imaginea din figura 5.2.

Reține: Zonele magnetului unde se manifestă cel mai intens proprietățile magnetice se numesc poli.

Un magnet are doi poli, numiți polul nord și polul sud. Polii magnetici nu pot fi separați. Pentru a deosebi un pol de celălalt, ei sunt notați cu N (polul nord) și cu S (polul sud) sau sunt vopsiți în culori diferite.

2) Ai la dispoziție doi magneți în formă de bară (figura 5.3). Apropie magneții cu capetele de aceeași culoare, apoi inversează unul dintre magneți. Încearcă să apropii diferite părți ale celor doi magneți: fie capetele, fie un capăt al unuia și mijlocul celuilalt magnet. Ce observi? Discută cu profesorul și cu colegul de bancă. Figura 5.3
Figura 5.2
87

Reține: Polii de acelaşi nume se resping, iar polii de nume diferite se atrag.

Un corp care conţine fier, prin contact sau frecare cu un magnet, capătă proprietăţi magnetice, adică se magnetizează.

3) Pe o bucată de carton presară pilitură de fier și așază cartonul peste un magnet
(figura 5.4). Lovește ușor cartonul cu degetele. Ce observi? Încearcă să desenezi liniile după care se aranjează pilitura de fier.

Reține: Pilitura de fier se aranjează după niște linii numite linii de câmp magnetic. Totalitatea liniilor de câmp magnetic formează spectrul magnetic. În jurul magneților ia naștere o formă de existențăa materiei numită câmp magnetic, care se manifestă prin acțiuni asupra acului magnetic/magneților.

Observație: Prin încălzire, magneţii îşi pierd proprietăţile magnetice.

5.2. MAGNETISMUL TERESTRU. BUSOLA
Scurt istoric: Încă din cele mai vechi timpuri oamenii au încercat să se orienteze. Busola, sau acul magnetic (figura 5.5), era deja cunoscută în timpul împăraților din dinastia Han din China, între anii 300 şi 200 î.Hr. Pe atunci, busola consta dintr-o piatră magnetică legată de un fir de ață pentru a se putea roti liber. Mai târziu, apar formele de busole mai specializate. În Perioada Marilor descoperiri geografice, portughezii au perfecționat busola. Alexander Neckam, un savant englez, menționează busola pentru prima oară prin secolul al XII-lea, în Europa fiind adusă în anul 1190 de arabi. Tradiția spune că forma busolei de azi i se datorează navigatorului italian din secolul al 13-lea Flavio Gioia din Amalfi, declarat „descoperitor al busolei”.

Te-ai întrebat vreodată de ce acul busolei indică Nordul?
Busola este un instrument folosit pentru orientare. Acul busolei este un mic magnet în formă de ac. Pământul este un magnet uriaș care are, pe lângă polii geografici, doi poli magnetici, Polul Nord magnetic situat în emisfera sudică și
Polul Sud magnetic situat în emisfera nordică (figura 5.6).

Medicul și filosoful englez William Gilbert a fost cel care, în anul 1600, a lansat ideea că, planeta pe care locuim, Pământul, funcționează ca un magnet uriaș. El a fost cel care a definit Polul
Sud magnetic ca punctul în care câmpul magnetic al Pământului este direcționat pe verticală și îndreptat în jos. Experimentele ulterioare au demonstrat existența unui câmp magnetic la suprafața
și în apropierea Pământului.

Polii magnetici se deplasează permanent. De-a lungul existenței
Pământului, orientarea câmpului magnetic s-a schimbat de mai multe ori, nordul magnetic devenind sud și invers (figura 5.7).

Figura 5.4
Figura 5.5
Figura 5.7
Figura 5.6
Modificarea poziţiei Polului Sud magnetic în ultimii 400 de ani
88
Activități de învățare și autoevaluare
Completează textele de mai jos.
- Magneţii sunt corpuri care au proprietatea … corpuri din … sau care conţin ….
- Polul … al unui ac magnetic se orientează spre Polul Nord geografic al Pământului, iar polul …a cului magnetic se orientează spre Polul Sud geografic.
- Prin ruperea în două a unui magnet obţinem ….
- Acul magnetic al unei busole se orientează pe direcţia … a Pământului.
- Interacţiunea acului busolei cu Pământul se face de la distanţă prin intermediul … magnetic.
- În jurul acului magnetic al busolei şi în jurul Pământului există câmp ….

Răspunde la următoarele întrebări.

1) Prin ce se deosebesc polii magnetici faţă de alte părţi ale magnetului?
2) Ce determină orientarea unui magnet-bară atunci când este suspendat la mijloc şi nu există alţi magneţi şi corpuri din fier în apropierea lui?
3) Ce fel de interacţiune poate avea loc atunci când polii magnetici sunt aduşi în apropiere?
4) Poţi utiliza busola în interiorul unui autoturism?
5) Ce fel de pol magnetic există în apropierea Polului Nord geografic?
6) Cum îţi explici orientarea acului magnetic al unei busole spre Polul Nord geografic? Ai la dispoziție o bară metalică și un fir de ață. Cum vei proceda pentru a stabili dacă bara este sau nu magnetizată?
7) Apropie un magnet de o monedă din aluminiu. Constați că magnetul nu atrage moneda. Având la dispoziție o altă monedă dintr-un aliaj care conține fier, cum vei proceda pentru ca magnetul să o atragă și pe prima?
8) Un cort de formă pătrată are toate cele patru laturi orientate către Sud. Către cort se îndreaptă un urs. Unde este situat cortul? Ce culoare are ursul?
9) Sub o foaie de carton așază un magnet, iar pe foaie, pune câteva cuișoare din fier. Mișcă magnetul și observă comportarea cuișoarelor. Înlocuiește foaia de carton cu una din fier sau oțel și mișcă din nou magnetul. Ce constați în fiecare din cele două cazuri?
10) Ținând cont de observațiile din problema precedentă, poți spune dacă într-un submarin cu pereții din oțel se poate folosi busola pentru orientare?
Construiește o busolă.

Materiale: un ac de cusut, un magnet (în formă de potcoavă), o bucată mică de hârtie cerată, foarfece, un castron plin cu apă.

Procedeu: Magnetizează acul frecând de 50 de ori un capăt al său de capătul nordic al magnetului.

Fă acelaşi lucru şi cu celălalt capăt, frecându-l de partea sudică a magnetului. Freacă acul magnetic într-o singură direcţie, de la centru spre capăt şi îndepărtează acul de magnet de fiecare dată când repeţi mişcarea. Taie un mic cerc, cu diametrul de aproximativ 2,5 centimetri din hârtia cerată. Aşază castronul cu apă pe o masă. Introdu cu grijă acul în cercul de hârtie cerată, ca şi cum ai coase un material. Pune hârtia cerată cu acul deasupra ca să plutească pe apă. Încearcă să mişti hârtia pe apă. Ce observi?
89
5.3. STRUCTURA ATOMICĂ A SUBSTANŢEI.

FENOMENUL DE ELECTRIZARE (EXPERIMENTAL), SARCINĂ ELECTRICĂ
În lecțiile din capitolele anterioare ai învățat că toate corpurile pe care le întâlnim în viața curentă sunt alcătuite din diferite substanțe. Substanța este alcătuită din atomi (figura 5.8).

Figura 5.8
Reține: Un atom este alcătuit dintr-o parte centrală, numită nucleu, în jurul căruia se deplasează electronii, formând un „nor electronic”. Nucleul este format la rândul său din protoni și neutroni.

În figura 5.9 este prezentată structura unui atom.

Reține: Electronii și protonii au pe lângă masă și o proprietate numită sarcină electrică. Electronul are sarcină electrică negativă (–),iar protonul, sarcină electrică pozitivă (+). Sarcina electrică se notează cu litera q. Electronul are cea mai mică sarcină electrică negativă. Protonul are o sarcină pozitivă, egală ca valoare cu cea a electronului. Atomul este neutru din punct de vedere electric deoarece numărul electronilor este egal cu cel al protonilor.

Încărcarea corpurilor cu sarcini electrice se poate face prin mai multe procedee: frecare, contact și influență.

5.3.1. Electrizarea prin frecare
Activitate experimentală
Ai la dispoziție un fular din lână (sau din fibre sintetice) și 2 baloane umflate și legate fiecare cu un fir. Freacă un balon cu fularul. Procedează la fel și cu celălalt balon. Apropie apoi baloanele. Ce observi în fiecare situație? Urmărește și imaginile din figura 5.10.

Reține: Prin frecarea între două corpuri acestea se încarcă cu sarcini electrice de semne opuse.

Explicație: Electronii trec de pe firele de lână din fular pe balon. Balonul capătă mai mulți electroni
și fularul mai multe sarcini pozitive.

a) b) c)
Figura 5.10
Materie Atom Electron Proton
Nucleu Neutron
Figura 5.9
Neutron Nucleu
Electron
Proton
90
În figura 5.11 este explicat procesul prin care se încarcă cu sarcini electrice cele două corpuri
(fularul și balonul).

a) b) c)
Figura 5.11
Lăsat liber, balonul încărcat negativ este atras de fularul încărcat pozitiv.

Reține: Sarcinile de semne diferite se atrag.

Două baloane identice frecate de fular se resping.

Reține: Sarcinile electrice de același fel se resping.

Un corp la care numărul de sarcini electrice negative este egal cu numărul de sarcini pozitive se numește corp neutru din punct de vedere electric.

Înainte de frecare, balonul și fularul sunt corpuri neutre din punct de vedere electric.

Reține: Un corp la care numărul sarcinilor pozitive este mai mare decât numărul sarcinilor negative se numește corp electrizat pozitiv (încărcat electric pozitiv).

Fularul din figură este electrizat pozitiv (încărcat electric pozitiv).

Reține: Un corp la care numărul sarcinilor negative este mai mare decât numărul sarcinilor pozitive se numește corp electrizat negativ (încărcat electric negativ).

Balonul din figură este electrizat negativ (încărcat electric negativ).

Definiție: Fenomenul prin care un corp se încarcă cu sarcini electrice se numește electrizare.

Observație: Electrizarea se produce prin separarea sarcinilor electrice și nu prin crearea de noi sarcini.

Scurt istoric: Proprietatea corpurilor electrizate de a atrage corpuri ușoarea fost observată în urmă cu aproximativ 2 600 de ani de filosoful grec Thales din
Milet (figura 5.12) (anii 624 – 547 î.Hr.) la o rășină numită chihlimbar3
(„elèktron” în limba greacă). Atunci când chihlimbarul era frecat cu o bucată de lână, acesta putea să atragă alte corpuri.

3
Chihlimbarul este o rășină fosilă de culoare galbenă, provenită de la unele specii de pin.

Balon
Fular lână
Figura 5.12. Thales din Milet
3
Chihlimbarul este o rășină fosilă de culoare galbenă, provenită de la unele specii de pin.
91
Activități de învățare și autoevaluare
Exemple de electrizare prin frecare
Explică situațiile prezentate în figurile 5.13 şi 5.14. Discută cu profesorul și cu colegii!
• Frecare pieptene din plastic – păr • Frecare hârtie – riglă din plastic
Electrizează prin frecare o riglă de plastic și apropi-o de niște bucățele ușoare de hârtie (sau de fire de păr tăiate în bucăți mici).

• Frecarea dintre o bucată de piele uscată (curea, geantă) și o bucată de stofă din fibre naturale sau sintetice (poliester): pielea pierde electroni prin frecare și rămâne încărcată electric pozitiv. fibrele sintetice din poliester captează electronii și devin încărcate electric negativ.

5.3.2. Electrizarea prin contact. Pendulul electrostatic
Activitate experimentală
Construiește un pendul electrostatic.

Ai la dispoziție un creion, un fir de ață și o bucățică de folie din aluminiu, din care trebuie să formezi o biluță de dimensiunea unui bob de mazăre. Prinde de creion firul de ață și fixează la capătul inferior biluța. Fixează creionul pe marginea mesei, astfel încât firul și biluța să fiea târnate. Ai construit un pendul electrostatic! (figura 5.15)

Electrizează pendulul construit.

• Apropie de biluța pendulului o riglă electrizată prin frecare.

Ce observi?
• Pentru a înțelege electrizarea pendulului, urmărește imaginile din figura 5.16, a), b), c).

a) b) c)
Figura 5.16
Reține: Prin contactul dintre un corp neutru și un corp electrizat, corpul neutru se încarcă cu sarcini electrice de același fel ca sarcinile de pe corpul electrizat. Acest tip de electrizare se numește electrizare prin contact.

Observație: Cu ajutorul unui pendul electrostatic se poate pune în evidență starea de electrizare a unui corp.

Figura 5.13 Figura 5.14
Figura 5.15
92
Un dispozitiv mult mai sensibil decât pendulul electrostatic, folosit pentru a studia fenomenul de electrizare, este electroscopul (figura 5.17).

Acesta este alcătuit dintr-o cutie cu pereți transparenți, în interiorul căreia se găsește o lamă metalică (3) fixată de peretele superior al cutiei printr-un dop din cauciuc (2). Pe această lamă este prins un ax, în jurul căruia se poate roti un ac indicator (4) în fața unui cadran gradat (5). Un disc metalic (1) este așezat pe capătul exterior al lamei fixe.

Activitate experimentală
Atinge discul electroscopului cu o riglă neutră, apoi cu una electrizată. Atinge apoi cu mâna discul electroscopului. Ce observi în fiecare situație?
În figura 5.18 este prezentat un electroscop electrizat prin contact. Formulează o concluzie cu privire la electrizarea electroscopului în această situație. Discută cu profesorul!
Reține: Prin contactul unui corp încărcat electric cu mâna are loc descărcarea acestuia, adică readucerea lui în stare neutră. Deoarece corpul omenesc are suprafața mult mai mare decât cea a electroscopului, majoritatea sarcinilor electrice se vor distribui pe suprafața corpului, electroscopul rămânând practic descărcat (fără surplus de sarcini electrice).

5.3.3. Electrizarea prin influență
Activitate experimentală
Apropie, fără să atingi, de discul unui electroscop, neutru din punct de vedere electric, o riglă din plastic electrizată. Ce observi?
În figura 5.19 este prezentat un electroscop electrizat prin influență.

Formulează o concluzie cu privire la electrizarea electroscopului în această situație.

Discută cu profesorul!
Reține: Prin apropierea unui corp electrizat de un corp metalic neutru, izolat față de Pământ, acesta se electrizează pozitiv la un capăt și negativ la celălalt capăt, fără a-și modifica sarcina electrică totală, adică numărul de electroni și de protoni din corp. Procedeul este numit electrizare prin influență.

Electrizarea prin influență este un procedeu de electrizare la distanță.

Analizează figurile 5.18 și 5.19 și formulează concluzii cu privire la electrizarea unui electroscop prin contact și electrizarea prin influență.

Activități de învățare și de autoevaluare
Completează spațiile libere.
- Fenomenul prin care un corp trece din stare neutră în stare de electrizare se numește …
- Sarcina electrică a unui corp neutru este …
Figura 5.3-9
1
2
3
4
5
Figura 5.17
Figura 5.19
Figura 5.18
93
- Sarcinile electrice de același semn se …, iar cele de semne opuse se ….
- Prin frecare, cele două corpuri se încarcă cu sarcini electrice de … opuse
- Electrizarea unui corp prin atingerea lui cu un alt corp electrizat, de la care primește sarcini electrice, se numește electrizare prin ….
- Un corp metalic neutru aflat în apropierea unui corp electrizat se electrizează prin … la un capăt pozitiv și la celălalt capăt, negativ, fără a-și modifica sarcina electrică.

Răspunde la întrebări.

1) Cum poți afla dacă un corp este încărcat electric sau este în stare neutră?
2) În activitatea muzeografilor se pune de multe ori problema citirii unor manuscrise foarte vechi, ale căror pagini s-au lipit unele de altele. Orice încercare de a le desprinde le poate distruge. Dacă, printr-un procedeu oarecare, manuscrisul ar fi mai întâi electrizat, atunci filele sale ar putea să fie separte.

Cum ar putea să se realizeze această operație și cum se pot explica rezultatele sale?
3) Să se precizeze stările de electrizare ale pendulelor electrostatice reprezentate în desenele din figura 5.20.

Cum vor interacționa între ele cele două pendule?
Figura 5.20
4) Sferele electrizate A și B, aflate în apropierea unui corp C încărcat pozitiv, se comportă ca în figura 5.21.

Care sunt semnele sarcinilor electrice ale sferelor A și B?
Cum vor interacționa sferele între ele după îndepărtarea corpului C?
5) Cinci sfere mici electrizate interacționează astfel: sferele 1
și 3 se atrag. sferele 2 și 4 se atrag. sferele 3 și 4 se resping. sferele
4 și 5 se atrag.

Cum interacționează sferele 1 și 5?
Dar sferele 1 și 2?
6) De ce nu pot fi electrizate vergelele metalice ținute în mână?
Cum ar trebui procedat totuși ca să le putem electriza?
7) De ce atunci când hainele se curăță cu benzină acasă este indicat ca operația să se execute afară și nu în încăperi?
8) Explică de ce se zbârleşte părul unei pisici în apropierea unui corp electrizat.

9) Ai mers cu maşina. De ce când ieşi din maşină, pui piciorul pe pământ şi închizi portiera simţi pişcături?
10) Considerând că una dintre deosebirile dintre un avion şi un planor este faptul că avionul are un înveliş metalic, iar planorul este din lemn, explică de ce trăsnetul îl loveşte aproape sigur pe pilotul planorului, dar nu-l loveşte pe pilotul avionului.

Figura 5.21
94
Experimente pentru acasă
1) Deschide robinetul de apă și lasă să curgă un fir subțire și continuu de apă. Apropie de firul dea pă, fără să-l atingi, o riglă din plastic electrizată.

Ce observi?
Cum explici fenomenul?
2) Prinde între degetele de la o mână mijlocul unui fir de lână sau de mătase de aproximativ un m.

Trece firul de câteva ori printr-o bucată de stofă.

Ce observi și cum explici fenomenul?
3) Ai la îndemână două baghete, una din plastic și una din sticlă, un fular și un pendul electrostatic.

Electrizează prin frecare fiecare dintre cele două baghete (înainte de a electriza ce-a de a doua baghetăa tinge fularul de un calorifer sau de o țeavă legate la pământ). Electrizează pendulul cu prima baghetă.

Apropie apoi de pendul cea de a doua baghetă.

Ce observi?
Formulează o concluzie cu privire la electrizarea fularului în cele două situații.

4) Concepe un experiment prin care poți dovedi că prin frecarea a două corpuri unul se electrizează pozitiv și celălalt negativ.

Construieşte un electroscop.

Materiale: un cui din fier, un borcan transparent cu capac, 2 foiţe de staniol de
5 centimetri lungime şi 0,5 centimetri lăţime, scotch.

Procedeu: trece cuiul din fier prin capacul borcanului fără să-l înfigi până la capăt.

La celălalt capăt al cuiului, prinde cele două foiţe de staniol cu bandă scotch. Pune capacul pe borcan, astfel ca foiţele să fie în interior (figura 5.22). Electrizează acum un pieptăn şi atinge partea superioară a cuiului.

Ce observi?
5.4. FULGERUL. CURENT ELECTRIC
5.4.1. Scânteia electrică
Ați observat, desigur, uneori, în special iarna, când îmbrăcați haine din lână, că, atunci când atingeți cu mâna un obiect din metal, se formează o scânteie electrică între mâna voastră și acel obiect. În același timp cu scânteia ați auzit un mic pocnet și ați simțit și o „pișcătură” la mână.

Activități de învățare și autoevaluare
În figura 5.23.a) este prezentată scânteia electrică care se produce între mână și clanța ușii. Analizează figura 5.23.b)
și identifică procedeul de electrizare a clanței ușii. Discută cu profesorul și colegii!
Când un om este îmbrăcat cu haine din lână naturală sau artificială (fibre din poliester), orice mișcare creează frecare între pielea umană uscată și haine. În timpul frecării, pielea uscată pierde electroni, care se acumulează pe firele din lână sau pe fibrele din poliester. Pielea devine astfel tot mai pozitivă electric, iar hainele tot mai negative electric.

Figura 5.22
a) b)
FiguraV.23
95
Când apropii mâna puternic încărcată pozitiv de un corp metalic, electronii negativi sunt smulși din metal și forțați să se deplaseze prin aer spre mână. Acest grup de electroni smuls din metal și care se mișcă prin aer către mâna încărcată pozitiv formează scânteia electrică.

5.4.2. Trăsnetul
Definiție: Trăsnetul este o descărcare electrică prin aer între nor și pământ sau între un nor și un corp înalt de pe sol însoțită de fenomene luminoase.

Învață din imagini!
Urmărește imaginile din figura 5.24 și explicațiile (a se vedea figura 5.25) pentru a înțelege cum anume se produce trăsnetul! Discută cu profesorul și colegii!
Figura 5.24
Din cauza radiațiilor solare și cosmice, Pământul este încărcat cu o sarcină electrică pozitivă. Sarcinile electrice pozitive de pe Pământ atrag sarcinile electrice negative dintr-un nor spre partea de jos a lui și le resping pe cele pozitive spre partea de sus. Când atracția dintre sarcinile pozitive de pe Pământ și cele negative din nor devine suficient de puternică, sarcinile negative sunt smulse din nor și încep să se deplaseze spre Pământ.

Deplasarea sarcinilor negative se face prin salturi sau trepte de 50 – 100 m, orientate la întâmplare, pe un drum cu multe ramificații (scară descendentă).

Simultan cu deplasarea în jos a sarcinilor negative din nor, sarcinile pozitive de pe Pământ sunt atrase în sus și încep să urce și să se acumuleze în părțile superioare ale corpurilor înalte (arbori, clădiri).

Când sarcinile negative care coboară din nor ajung la 400-500 de metri de vârful încărcat pozitiv al celui mai înalt corp, sarcinile pozitive sunt puternic atrase, smulse din corpul pe care se află și obligate să se deplaseze ascendent prin aer, în trepte, către sarcinile negative (scară ascendentă).

În funcție de înălțimea la care se află norul, după câteva zeci de secunde sarcinile negative ajung la
30 – 100 metri de sarcinile pozitive care urcă spre nor. În acest moment, se declanșează o scânteie puternică și sarcinile electrice pozitive de pe Pământ încep să urce în număr foarte mare spre nor. Acesta este momentul în care vedem iluminat foarte puternic drumul ramificat urmat de sarcinile electrice.

Numim acest fenomen luminos trăsnet. După câteva secunde, auzim și zgomotul foarte puternic produs de sarcinile electrice pozitive în mișcare spre nor. Numim acest fenomen acustic tunet.

Activitate de învățare: Există asemănare între scânteia produsă la clanță și trăsnet? Discută cu profesorul și cu colegii.

Figura 5.25. Mișcarea sarcinilor electrice în timpul unui trăsnet
96
5.4.3. Fulgerul
Învață din imagini!
În figura 5.26.a) este prezentat un fulger care se produce între doi nori, iar în figura 5.26.b) mișcarea sarcinilor electrice în nori. Urmărește imaginile alăturate pentru a înțelege cum anume se produce fulgerul.

Discută cu profesorul și colegii!
Reține: Fulgerul este o scânteie electrică formată între doi nori. Partea încărcată pozitiv a unui nora trage sarcinile negative din partea încărcată negativ a altui nor aflat în apropiere. La fel ca la trăsnet, fulgerul este format dintr-o emisie luminoasă puternică (fulgerul propriu-zis), fiind urmat de un sunet puternic (tunetul).

Curentul electric
În orice corp metalic în care atomii sunt foarte apropiați între ei, electronii pot trece de la un atom la altul, mișcându-se liberi în volumul corpului, așa cum este prezentat în figura 5.27.

Deoarece sarcinile electrice de semne contrare se atrag, această atracție pune în mișcare sarcinile electrice mobile. Sarcinile electrice în mișcare formează un curent electric.

1. În fiecare zi se produc 8,6 milioane de fulgere. Un singur fulger poate încălzi aerul cu 30000 de grade Celsius.

2. Un fulger ajunge la o temperatură de 5 ori mai mare decât cea de la suprafața Soarelui.

3. Vorbitul la telefon este principala cauză a lovirii fulgerului în interiorul casei. în afara acesteia, cel mai periculos loc este sub copacii înalți.

4. Pământul este lovit de fulgere de aproximativ 100 de ori pe secundă.

5. În timpul unei erupții de vulcan se pot forma fulgere.

Activități de învățare și de autoevaluare
1) De ce în timpul furtunilor este periculos să te adăpostești sub arbori înalți?
2) Cine are dreptate: cei care susțin că trăsnetul îl lovește pe om de sus sau cei care susțin că îl lovește de jos, din pământ?
3) Fulgere și tunete se produc nu numai vara, ci și iarna. Înseamnă oare că și norii de zăpadă sunt purtători de sarcini electrice?
4) Cum explici faptul că, deși tunetul și fulgerul sunt fenomene ce se produc simultan, ele sunt recepționate la momente diferite?
5) După ce s-a produs fulgerul, tunetul s-a auzit la un interval de timp de 4 s. La ce distanță de observator s-a produs fulgerul? Vei considera că lumina se propagă instantaneu, iar sunetul are viteza în aer de 340 m/s.

a) b)
Figura 5.26 neutron nucleu electron proton
Figura 5.27
97
5.5. GENERATOARE, CONSUMATORI, CIRCUITE ELECTRICE
Am văzut în lecția anterioară că sarcinile electrice se pot mișca între corpuri electrizate diferit și că această mișcare a sarcinilor electrice se numește curent electric.

5.5.1. Conductori și izolatori
Învață din imagini!
Ai aflat din emisiunile de știri de la TV sau din diverse filme documentare că trăsnetul provoacă aprinderea obiectului asupra căruia cade. De exemplu, în figura 5.28, se vede cum trăsnetul provoacă aprinderea vegetației.

Pentru ca trăsnetul să nu aprindă casele sau clădirile locuite de oameni, pe acoperișul acestora se montează un corp metalic legat la pământ, numit paratrăsnet (figura 5.29)
Sarcinile electrice negative (electronii) care coboară de la nor spre Pământ atrag sarcini electrice pozitive care se acumulează în părțile superioare ale clădirilor.

În mișcarea lor, sarcinile pozitive aleg calea cea mai ușoară, adică prin firul metalic. Sarcinile electrice se mișcă foarte greu prin aer, lemn, ciment sau cărămidă, dar se mișcă foarte ușor prin corpuri metalice. Ca urmare, curentul electric care formează trăsnetul trece mai ușor prin paratrăsnetul metalic, ocolind clădirea, fără să provoace aprinderea acesteia.

Reține: Materialele prin care curentul electric circulă foarte ușor se numesc conductori.

Exemple de substanțe conductoare sunt metalele – cuprul, aluminiul și fierul – sau apa în care a fost dizolvată sare.

Reține: Materialele prin care curentul electric circulă foarte greu se numesc izolatori.

Exemple de substanțe izolatoare: lemnul uscat, ceramica, sticla, materialele plastice.

Reține:
- Curentul electric circulă întotdeauna între un corp încărcat pozitiv și unul încărcat negativ.
- Sarcinile electrice care formează curentul aleg calea cea mai ușoară de deplasare.
- Cea mai ușoară cale prin care pot circula sarcini electrice de la un corp la altul este un fir metalic.

Figura 5.28
Figura 5.29. Paratrăsnetul
Colier de fixarea cablului
Contact cablu-electrod
Cablu de cupru
Suport
Paratrăsnet
Săruri
Electrod de împământare
98
5.5.2. Circuit electric
În figura 5.30 poți vedea un corp încărcat electric pozitiv unit printr-un fir conductor de un corp încărcat negativ. Prin volumul firului conductor se deplasează sarcini electrice care formează un curent electric.

Figura 5. 30
Definiție: Drumul parcurs de sarcinile electrice care formează un curent electric se numește circuit electric.

Activitate de învățare
Identifică în figura 5.30 sensul de mișcare al sarcinilor pozitive și al celor negative în circuitul electric. Discută cu profesorul și cu colegii!
Generator electric
Scânteia electrică este un curent electric prin aer care durează un timp foarte scurt. Ca să se poată folosi curentul electric în aplicații, trebuie găsită o metodă care să întrețină mișcarea sarcinilor electrice un timp oricât de lung.

Reține: Un dispozitiv cu ajutorul căruia putem pune în mișcare sarcini electrice (formarea unui curent electric) printr-un conductor se numește generator electric.

Generatoarele electrice pe care le cunoști deja sunt bateriile electrice. Acestea au diverse mărimi și le-ai folosit pentru a alimenta dispozitive ca lanterna, telecomanda TV, telefonul mobil sau jucării cu motor electric.

Învață din imagini!
Pe bateriile din figura 5.31 se remarcă diferite inscripții: 1,5 V, 9 V, 3,8 5. Valoarea numerică reprezintă o caracteristică a fiecărei baterii, numită tensiune electrică.

Litera V reprezintă notația pentru unitatea de măsurăa tensiunii electrice numită volt.

Activitate experimentală
Ai la dispoziție o baterie, 2 fire care au la capete conectori numiți clești crocodil și un bec fixat într-un suport. Unește becul cu bateria prin intermediul firelor, urmărind imaginea din figura 5.32. Dacă ai unit corect elementele de circuit, atunci becul tău luminează! Cere-i ajutorul profesorului dacă nu ai reușit singur. Ai observat că pe baterie sunt marcate semnele (+) și (–). Figura 5.32
Corp electrizat pozitiv
Curent electric
Corp electrizat negativ
Figura 5.31
99
Reține: Un generator este cuplat la circuitul electric prin intermediul a două borne conductoare numite poli: un pol încărcat electric pozitiv numit anod și un pol încărcat electric negativ numit catod.

Consumatori
Dacă lași să lumineze becul din circuitul de mai sus un timp suficient de lung, vei observa că lumina scade în intensitate până dispare. Spunem în acest caz că bateria s-a consumat. Ai mai observat consumarea bateriilor electrice în cazul telefonului mobil. În general, bateria telefonului mobil o reîncarci în fiecare zi.

Reține: Un dispozitiv prin care trece un curent electric pentru a putea funcționa se numește consumator.

Exemple de consumatori: becul unei lanterne, telecomanda, telefonul mobil, aprinzătorul electric pentru aragaz, tableta, laptopul.

Reține: Un circuit electric simplu care funcționează conține generatorul electric, consumatorul și firele de legătură.

Activitate experimentală
Ai la dispoziție o baterie, fire care au la capete conectori, un întrerupător și un bec fixat într-un suport. Realizează circuitul electric urmărind figura 5.33.

Observă ce se întâmplă cu becul atunci când se închide și se deschide întrerupătorul. Repetă experimentul, schimbând succesiunea conectării becului și a întrerupătorului. Ce se întâmplă dacă un fir se rupe sau dacă se demontează becul din suport?
Formulează concluziile corespunzătoare. Discută cu profesorul
și cu colegii!
Reține: Un circuit electric funcționează atunci când întrerupătorul este închis. La deschiderea întrerupătorului prin circuit nu mai trece curentul electric, prin urmare circuitul nu mai funcționează.

Activități de învățare și de autoevaluare
Completează spațiile libere.
- Elementele unui circuit electric simplu sunt:., …, ….
- Un generator are doi …: … și ….
- Un generator electric are rolul de a … într-un circuit electric.
- Un izolator este un corp prin care sarcinile electrice circulă ….
- Un conductor este un corp prin care sarcinile electrice circulă ….

Răspunde la întrebări.

1) Care sunt condițiile existenței unui curent electric într-un conductor?
2) Un bec a fost legat de borna (+) a unei baterii și de borna (–) a unei alte baterii.

Va funcționa becul? Dar dacă vor fi legate prin conductoare între ele celelalte borne ale bateriilor?
Figura 5.33 întrerupător
100
Experimente pentru acasă
Indică polii electrici ai unei baterii cu ajutorul unui pahar de apă cu sare de bucătărie.

Pe o bucată de sugativă îmbibată cu apă sărată pune o picătură de permanganat de potasiu (violet).

Observă și explică ce se întâmplă atunci când pui bornele unei baterii în contact cu hârtia sugativă.

Baterie din lămâie
Materiale: o lămâie, două monede, una din zinc (aluminiu) şi cealaltă din cupru, fire de legătură, bec de lanternă.

Procedeu: Înfige în lămâie cele două monede astfel încât să nu se atingă. Leagă două fire de cele două monede şi conectează-le la un bec de lanternă. Ce observi?
Poți să încerci să folosești în loc de lămâie un măr sau un cartof!
5.6. CONDUCTOARE ŞI IZOLATOARE ELECTRICE
Ai învățat în lecția anterioară că un curent electric trece prin anumite materiale numite conductoare electrice. În continuare, vom testa diferite tipuri de conductori.

Activitate experimentală
Realizează un circuit electric format dintr-un generator (baterie), un bec fixat într-un suport și doi conductori care au la capete clești crocodil.

Materiale de studiu utilizate:
‒ un fir metalic izolat (fir conductor) cu materialul plastic, înlăturat la capete pentru a expune metalul și a face posibil contactul electric.
‒ un creion ascuțit la ambele capete.
‒ o riglă.
‒ o bucată de hârtie.
‒ un pahar de sticlă.
‒ apă distilată.
‒ sare de bucătărie.

Mod de lucru
1) Atinge cleștii crocodil. Vei observa că becul luminează intens.

2) Prinde cu cleștii crocodil capetele dezgolite ale firului conductor. Vei observa că becul luminează la fel de intens.

3) Mută unul din clești și prinde o porțiune a firului acoperită cu material izolator. Vei observa că becul nu mai luminează. Prin bec nu mai trece acum curent electric.

4) Prinde cu cleștii crocodil capetele creionului (mina creionului). Vei observa că becul luminează mai slab. Aceasta înseamnă că prin miezul de grafit al creionului curentul electric circulă mai greu decât prin firul metalic.

5) Prinde între clești o bucată de hârtie. Vei observa că becul nu luminează.

6) Ia un pahar de sticlă gol și uscat. Atinge cu cleștii paharul în două puncte diferite. Vei observa că becul nu luminează. Aceasta înseamnă că sticla nu permite trecerea curentului electric.

7) Pune apă distilată în pahar. Introdu vârfurile cleștilor în apă. Vei observa că becul nu luminează.

8) Pune o linguriță de sare în pahar și dizolv-o complet. Introdu vârfurile cleștilor în apă la fel ca mai înainte. Vei observa că becul începe să lumineze slab.

9) Adaugă încă o linguriță de sare în pahar și agită până se dizolvă complet. Introdu vârfurile cleștilor în apă. Vei observa că becul luminează acum mai intens decât atunci când în apă era dizolvată numai o singură linguriță de sare.
101

Concluzii:
• Unele materiale permit trecerea curentului electric, iar altele nu.

• Prin firul metalic curentul trece mai ușor și becul luminează mai intens, în timp ce prin bara de grafit și prin apa cu sare, acesta trece mai greu și becul luminează mai puțin.

Reține: Metalele sunt mai bune conductoare decât grafitul și soluțiile de sare.

Izolarea firelor conductoare
Ai observat că firele conductoare folosite în experiment sunt acoperite cu material plastic. Firul metalic din interior este conductor electric, iar învelișul din material plastic este izolator. Firele conductoare sunt acoperite cu material izolator pentru a putea fi atinse cu mâna fără ca sarcinile electrice care formează curentul să ajungă pe mână.

Observă că firele electrice de la aparatele din casă și cele care ajung la prizele electrice sunt acoperite cu material plastic, şi aceasta pentru a putea să le prinzi cu mâna fără să te curentezi. La fel, instrumentele cu care se lucrează în instalațiile electrice au mânere acoperite cu material izolator, ca să nu-i permită curentului electric să ajungă pe corpul utilizatorului.

5.7. CIRCUITUL ELECTRIC SIMPLU. ELEMENTE DE CIRCUIT, SIMBOLURI
În lecțiile anterioare ai învățat despre curentul electric, despre materialele prin care trece un curent electric, ai conectat baterii la becuri și întrerupătoare prin intermediul firelor conductoare.

Atunci când vrei să aprinzi lumina într-o cameră, apeși un buton. La fel procedezi şi dacă vrei să aprinzi o veioză, să porneşti un aspirator sau un ventilator. În cazul tuturor acestor aparate, atunci când vrei să le faci să funcționeze, trebuie să apeși un buton pentru ca prin aparatul respectiv să circule curent electric. Deci, atunci când un dispozitiv electric funcţionează, vom spune că circuitul este închis. Atunci când nu este conectat la o sursă de curent, circuitul este deschis.

Reține: Un dispozitiv care permite pornirea sau oprirea unui curent electric se numește întrerupător.

Activitate experimentală
Se realizează montajul din figura 5.34.a), în care se introduce un generator electric (baterie), un bec, conductori de legătură și un întrerupător. Pentru aprinderea unui bec, se închide un întrerupător (figura 5. 34.b).

Definiție: Generatorul (bateria), becul și întrerupătorul se numesc elemente de circuit.

La fizică, pentru studiul circuitelor electrice se folosește reprezentarea prin scheme. În schema unui circuit electric elementele de circuit se reprezintă prin simboluri.

Întrerupător
a) b)
Figura 5.34
102
În tabelul de mai jos sunt reprezentate simboluri grafice ale elementelor unui circuit electric simplu.

Conductorii de legătură se reprezintă prin linii continue.

Activitate de învățare
Reprezintă printr-o schemă circuitul reprezentat în figura 5.34.a), utilizând simbolurile elementelor de circuit. Cere-i ajutorul profesorului dacă nu ai reușit!
Mișcarea sarcinilor electrice care formează curentul electric prin circuit se reprezintă prin săgeți.

Reține: Prin convenție, pe schemele electrice se reprezintă sensul de mișcare al sarcinilor pozitive plecând de la polul pozitiv al generatorului (anod) și ajungând pe polul negativ al acestuia (catod). Sensul convențional al curentului electric prin circuit este de la polul pozitiv al generatorului la polul negativ al acestuia (figura 5.35).

Figura 5.35
Activități de învățare și de autoevaluare
Completează spațiile libere.

1) … sunt reprezentări schematice ale fiecărui element de circuit.

2) Cu ajutorul simbolurilor se realizează … unui circuit.

3) Dacă întrerupătorul este … atunci circuitul este închis.

4) Circuitul care nu este parcurs de curent este un circuit ….

5) Sensul convențional al curentului electric prin circuit este dat de sensul de mișcare al sarcinilor
… și este de la polul … la polul ….

Aplică noţiunile învăţate.

1) Desenează pe caiet schema circuitului electric al unei lanterne cu 3 baterii!
2) Dacă cele două lamele ale unei baterii electrice de 4,5V sunt atinse deodată cu vârful limbii, se simt înțepături fine. Cum se explică apariția acestora?
3) În figura alăturată sunt prezentate trei circuite electrice.

Încercuieşte circuitul care este corect realizat şi funcţionează.

Completează cu elementul lipsă celelalte desene.

întrerupător închis sensul convenţional al curentului generator bec întrerupător deschis sensul deplasării electronilor generator bec
103
5.8. GRUPAREA BECURILOR ÎN SERIE ŞI ÎN PARALEL
Urmărește imaginile de mai jos și identifică elementele de circuit învățate în lecțiile anterioare. În imaginile de mai jos poți identifica o instalație de pom și un circuit electric dintr-o casă.

Poți observa că, în afara circuitului electric simplu pe care l-ai studiat, în viața curentă întâlnești circuite complexe, cu un număr mai mare de elemente de circuit, ca becuri și baterii sau generatoare conectate în diferite moduri, întrerupătoare etc.

În continuare, vei învăța să conectezi în diferite moduri becurile electrice.

Reține: Becul electric sau lampa electrică este un dispozitiv cu ajutorul căruia curentul electric este transformat în lumină.

Există mai multe feluri de becuri sau lămpi electrice, în funcție de modul în care curentul electric este transformat în lumină. Astfel, becurile electrice pe care le întâlnim în viața de zi cu zi pot fi:
Bec cu incandescență Bec cu fluorescență Diode luminescente
Becul electric cu incandescență
Becul electric cu incandescență (figura 5.36) folosește ca emițător de lumină un fir
(filament) de wolfram. Când curentul electric trece prin filamentul de wolfram, acesta se încălzește până la incandescență și emite lumină. Un bec electric este alcătuit din: balon de sticlă (1), gaz inert (2), filament (3), fire de contact (4) și (5), suport de sârmă (6), montură de sticlă (7), contact lateral (8), soclu filetat (9), izolație (10), contact central (11).

Într-un circuit electric, becul se montează prin intermediul contactului central și al contactului lateral conectat la soclul metalic filetat.

Scurt istoric: Becul electric a fost realizat de Thomas Alva Edison
(1847 – 1931), un important inventator și om de afaceri american, cunoscut ca și „Magicianul din Menlo Park”. A fost considerat și cel mai prolific inventator al timpului prin aplicarea practică a descoperirilor
științifice (1 093 brevete). Deși autodidact, a reușit să realizeze invenții în domeniul electricității (becul cu filament), al telefoniei, al sistemului de transmisie multiplă a telegramelor, al înregistrării mecanice a sunetului
(fonograful) și al cinematografiei (kinetoscopul).

În 1879, Edison a reușit să realizeze prima lampă cu incandescență, capabilă să funcționeze fără să se deterioreze, cu filament din bambus carbonizat, iar noile sale becuri puteau deja atinge durate de viaţă de peste 1200 de ore.

Figura 5.36
104
5.8.1. Circuit serie
Activitate experimentală
Materiale necesare: placă de montaj (cablaj) cu fire de legătură. 3 becuri cu soclu compatibil cu placa de montaj. baterie.

Figura 5.37
Realizează montajul din figura 5.37 legând becurile unul după celălalt. Aceasta înseamnă să legi contactul lateral al unui bec de contactul central al becului următor. În acest fel, se realizează legarea în serie a celor trei becuri. Mai spunem că am realizat un circuit serie. Cere-i ajutorul profesorului dacă nu a i reușit!

Reține: La legarea în serie a becurilor, prin fiecare bec trece același curent electric.

5.8.2. Circuit paralel
Activitate experimentală
Realizează circuitul din figura 5.38, unde contactele de același fel ale becurilor sunt legate împreună: contactele centrale sunt legate împreună la o bornă a generatorului, iar contactele laterale sunt legate împreună la cealaltă bornă a generatorului. Cere-i ajutorul profesorului dacă nu ai reușit!
Acest tip de montaj, în care toate bornele de același fel ale consumatorilor sunt legate împreună, se numește montaj în paralel.

Reține: La legarea în paralel, elementele de circuit sunt legate unul lângă celălalt, adică au aceleași capete legate împreună. În cazul grupării în paralel a becurilor, curentul electric din circuitul principal se ramifică prin laturile grupării.

5.8.3. Scurtcircuitul
Legarea directă a polilor unui generator electric sau ai unui consumator cu un fir conductor se numește scurtcircuitare (a se vedea figura 5.39). În scurtcircuit, un generator trimite prin fir toate sarcinile electrice pe care le conține și formează un curent foarte puternic care distruge generatorul.

Activitate experimentală
Prin scurtcircuitare, bateria se descarcă. Din acest motiv se recomandă ca experimentul să dureze foarte puțin timp.

Figura 5.39
Figura 5.38
105
Realizează circuitul din figura 5.37. Conectează un fir ca în figura de mai jos. Ce observi?
Realizează acum circuitul din figura 5.38.

Conectează un fir ca în figura de mai jos. Ce observi?
Conectează un fir la bornele bateriei ca în figurile de mai jos.

Ce observi?
Reține:
• Dacă într-un montaj de becuri conectate în serie scurtcircuităm unul dintre becuri, celelalte becuri luminează mai tare. dacă se scurtcircuitează bateria, toate becurile se sting și bateria se încălzește.

• Dacă într-un montaj de becuri conectate în paralel, scurtcircuităm unul dintre becuri, toate becurile se sting, iar bateria se încălzește. dacă se scurtcircuitează bateria, toate becurile se sting și bateria se încălzește.

Activități de învățare și de autoevaluare
Realizează circuitele din figurile 5.37 și 5.38, în care s-au utilizat baterii și becuri identice, pentru a răspunde la următoarele întrebări.

1) În care circuit lumina becurilor este mai intensă?
a) În circuitul serie.

b) În circuitul paralel.

c) Intensitatea luminoasă este la fel de mare pentru ambele circuite.

2) Conectează mai întâi un singur bec la generatorul electric. Adaugă apoi încă un bec, în serie cu primul. Adaugă al treilea bec în serie cu primele două. Cum se modifică intensitatea luminii emise de becuri când crește numărul de becuri legate în serie?
a) Intensitatea luminii crește.

b) Intensitatea luminii scade.

c) Becurile luminează la fel de mult.

3) Realizează circuitul de mai sus în care ai legate trei becuri în serie. Ce se întâmplă atunci când ai deconectat unul dintre becuri?
a) Toate becurile luminează.

b) Luminează doar celelalte două becuri.

c) Nu luminează niciun bec.

4) Cum se modifică intensitatea luminii emise când crește numărul becurilor legate în paralel?
a) Becurile luminează tot mai puternic.

b) Becurile luminează tot mai slab.

c) Intensitatea luminii nu se modifică.

5) Realizează circuitul de mai sus în care ai legate trei becuri în paralel. Ce se întâmplă atunci când ai deconectat unul dintre becuri?
a) Toate becurile luminează.
106 b) Luminează doar celelalte două becuri.

c) Nu luminează niciun bec.

6) Pe baza concluziilor de la exercițiile 3 și 5 identifică modul de conectare a becurilor de la o instalație de pom.

Consideră că un curent electric mai puternic provoacă o lumină mai intensă atunci când trece printr-un bec. Folosind această informație, răspunde la întrebările 7 și 8.

7) Cum se modifică curentul electric din circuit atunci când numărul becurilor legate în serie crește?
a) Curentul electric scade de fiecare dată când este adăugat un bec în serie.

b) Curentul electric crește de fiecare dată când este adăugat un bec în serie.

c) Curentul electric nu se modifică.

8) Cum se modifică curentul electric printr-un bec atunci când numărul becurilor legate în paralel crește?
a) Curentul electric scade de fiecare dată când este adăugat un bec în paralel.

b) Curentul electric crește de fiecare dată când este adăugat un bec în paralel.

c) Curentul electric rămâne neschimbat.

9) Se dă circuitul din figura alăturată. Cum sunt conectate becurile? Câte fire de legătură sunt necesare pentru realizarea acestui circuit?
10) Cum sunt conectate între ele două consumatoare aflate într-o locuință, puse la aceeași priză?
11) Două tramvaie circulă pe aceeași linie. Cum sunt conectate motoarele lor electrice: în serie sau în paralel? Dar motoarele troleibuzelor care circulă pe aceeași linie?
12) În circuitul alăturat becurile sunt identice.

a) Cum sunt conectate becurile, dacă întrerupătoarele sunt deschise? b) Ce modificări se fac la închiderea întrerupătoarelor? c) Câte fire de legătură sunt necesare pentru realizarea acestui circuit?
5.9. NORME DE PROTECȚIE ÎMPOTRIVA ELECTROCUTĂRII
Curentul electric este produs în unități industriale numite electrocentrale. În electrocentrale există generatoare electrice de mari dimensiuni, care produc un curent electric foarte puternic. De la generatoare, curentul electric circulă prin cabluri conductoare aeriene până la utilizatori, așa cum este prezentat în figura 5.40.

În casele noastre, curentul electric poate fi obținut prin intermediul unor dispozitive numite prize electrice (figura 5.41). Poți vedea că prizele electrice au două orificii. În spatele celor două orificii se găsesc două piese de contact. Toate aparatele electrice care sunt utilizate în casă se alimentează prin intermediul curentului electric cu ajutorul unui cablu, care are în interior două fire conductoare legate la un dispozitiv de cuplare numit ștecher (figura 5.42). Ștecherul este prevăzut cu două piese conductoare neizolate, numite pini (picioare).

Pentru a putea porni televizorul, de exemplu, introducem ștecherul în priza electrică, astfel încât pinii ștecherului să pătrundă prin orificiile prizei. De la una din bornele prizei, prin unul din fire, pleacă spre aparat un curent electric, trece prin aparat și se întoarce la priză.

k1 k2
107
Învață din imagini!
Urmărește circuitul din figurile 5.43. a) și 5.43.b) și formulează o concluzie.

a) b)
Figura 5.43
Urmărește explicațiile ce urmează pentru a înțelege la ce pericole ne putem supune atunci când nu respectăm normele de protecție împotriva electrocutării.

Reține: Trecerea unui curent electric prin corpul uman se numește electrocutare.

Corpul uman conține 70% apă, în care sunt dizolvate foarte multe săruri, și de aceea este conductor electric (figura 5.44).

Dacă un om atinge un corp electrizat sau un conductor parcurs de curent electric, sarcinile electrice de pe conductor trec prin corpul omului și se scurg în pământ. În acest timp, formează un curent electric care trece prin corp. Curenții electrici de intensitate mică provoacă vibrații musculare similare unui tremur, însoțite de pișcături la nivelul pielii în locul în care aceasta s-a atins de conductor.

Curenții electrici de intensitate mare pot provoca arsuri puternice la nivelul pielii sau chiar oprirea bătăilor inimii, provocând moartea persoanei electrocutate.

Figura 5.41
Priza electrică
Figura 5.42
Figura 5.40 Ștecher
Figura 5.44. Procente de apă în corpul uman
108
Reguli de protecție împotriva electrocutării
Pentru că la trecerea prin corpul uman curentul electric poate avea efecte periculoase, trebuie să vă protejați atunci când vă aflați în apropierea aparatelor electrice, respectând următoarele reguli:
1) Nu introduceți degetele sau obiecte metalice neizolate în prizele electrice.

2) Nu atingeți părțile neizolate ale cablurilor electrice.

3) Nu scoateți din priză un aparat electric trăgând de firul conductor.

Prindeți bine ștecherul și scoateți aparatul din priză.

4) Nu folosiți aparate electrice în baie sau în apropierea bazinelor cu apă.

Nu turnați apă peste prize sau aparate electrice.

5) Nu atingeți cablurile electrice aeriene care alimentează cu curent electric localitățile, tramvaiele sau trenurile.

6) Nu înălțați zmeie în apropierea liniilor electrice aeriene.

Umiditatea atmosferică poate face ca firul zmeului să devină conductor și să vă electrocutați.

7) Nu vă apropiați de cablurile electrice aeriene care au căzut pe pământ. Nu le atingeți!
8) Nu alimentați cu curent electric aparate ale căror cabluri sunt crăpate sau au porțiuni fără izolație electrică. Atingerea cablurilor cu izolație defectă poate provoca încălzire puternică și incendii.

9) Pentru a vă proteja de efectele periculoase ale electricitățiia tmosferice (trăsnetul), atunci când începe o ploaie cu tunete
și fulgere adăpostiți-vă imediat într-o clădire prevăzută cu paratrăsnet sau intrați într-un vehicul de gen autoturism, autobuz, tramvai, tren. Nu rămâneți în locuri descoperite, nu vă adăpostiți sub arbori care ar putea fi trăsniți.

Reguli pentru prevenirea accidentelor în laborator
Când lucrați circuite electrice în laborator, respectați următoarele reguli speciale:
1) Utilizați numai conductori izolați și instrumente cu mânere izolate.

2) Nu atingeți părțile metalice neizolate ale generatoarelor electrice sau ale altor aparate electrice.

3) Nu alimentați circuitul realizat decât după ce a fost verificat de profesor.

4) Nu faceți modificări într-un circuit decât după ce ați decuplat generatorul electric care alimentează circuitul.

5) Nu uniți polii unui generator electric printr-un fir deoarece aceasta duce la deteriorarea generatorului.

Rezumat
- Un magnet este un corp care atrage obiecte din fier.

- Polii magnetici sunt zonele situate la extremitățile magnetului, unde se manifestă cel mai puternic proprietățile magnetice. Polii magnetici de același nume se resping, iar polii de nume diferite se atrag.

Polii unui magnet nu pot fi separați.
109
- Câmpul magnetic este o regiune din spațiu în care se manifestă interacțiuni magnetice. există câmp magnetic în jurul Pământului și în vecinătatea oricărui magnet.

- Prin frecare, corpurile pot trece din stare neutră în stare electrizată. Există două tipuri de sarcini electrice: sarcini pozitive și sarcini negative. Două corpuri încărcate cu sarcini de același semn se resping, iar două corpuri încărcate cu sarcini se semne opuse se atrag.

- Electrizarea prin frecare se face prin transfer de electroni: corpul care cedează electroni se încarcă pozitiv, iar corpul care primește electroni se încarcă negativ.

- Un corp neutru, prin contactul cu un corp electrizat, se electrizează cu același fel de sarcini ca și corpul electrizat.

- Un corp electrizat adus în apropierea unui conductor metalic neutru determină electrizarea prin influență a conductorului cu ambele tipuri de sarcini electrice.

- Generatorul electric este aparatul care permite menținerea unui curent electric într-un circuit.

- Un circuit electric simplu este compus din generator, consumator și fire de legătură.

- Elementele de circuit (generatoare, consumatoare, întrerupătoare) pot fi grupate în serie și în paralel.

Activități de evaluare
Recapitularea noțiunilor învățate
1) Realizează o diagramă (schiță) de forma celei din figura 5.45, în care subiectul să fie:
a) magnetizare. b) electrizare. c) curentul electric. d) circuit electric.

Prezintă diagrama sub formă de poster (sau pe calculator) în clasă.

Indicații: În funcție de subiect, poți mări sau micșora numărul de caracteristici (proprietăți, noțiuni învățate, formule) sau poți adăuga particularități pentru unele caracteristici (poți dezvolta diagrama sub forma unui ciorchine). Introdu în diagramă cât mai multe lucruri pe care le-ai învățat despre SUBIECTUL dezvoltat.

2) Alege răspunsurile corecte din tabelul de mai jos.

1) Care este unitatea de măsură pentru tensiunea electrică?
V kg s
2) Ce mărime fizică este semnalizată pe baterii? masa tensiunea electrică temperatura
3) Sarcina electrică se notează cu litera: m q s
Figura 5.45
Caracteristica 6
SUBIECTUL
Caracteristica 5
Caracteristica 4
Caracteristica 3
Caracteristica 2
Caracteristica 1
110
4) Generatorul electric are:
3 poli, 2 poli, un pol.
5) Circuitul electric prin care trece curentul electric este: închis deschis nu se poate preciza
6) Un circuit electric care conține consumator și fire de legătură nu funcționează funcționează nu se poate preciza
7) Un exemplu de conductor electric este: corpul animal lemnul cimentul
8) Un exemplu de corp izolator este: apa cu detergent apa cu impurități (sare) apa pură
Aplică noțiunile fizice învățate în viața cotidiană.

3) De ce nu este recomandabil să se șteargă de mai multe ori ecranul calculatorului sau al televizorului?
4) Adeseori, în timpul erupțiilor vulcanice, în coloana de fum se produc fulgere.

Care ar fi cauza acestui fenomen?
5) Cum explici atracția dintre un corp electrizat și un corp neutru?
6) Ce rol îndeplinesc conductoarele din vârful stâlpilor care susțin liniile de înaltă tensiune?
7) De ce nu este bine ca pe timp de furtună să ne adăpostim sub un copac, dacă ne aflăm în câmp deschis?
8) De ce rețeaua aeriană a troleibuzelor are două fire, pe când cea a tramvaielor are doar un fir?
9) Din ce cauză atingerea cu mâinile umede a conductoarelor neizolate ale unei instalații electrice aflate sub tensiune ridicată este mult mai periculoasă decât atingerea acestora cu mâinile uscate?
10) Identifică modul de conectare a becurilor unei lustre cu 3 becuri dacă la închiderea unui întrerupător se aprind două becuri, iar la închiderea celuilalt întrerupător se aprinde un singur bec.

Desenează circuitul electric.

11) Care sunt avantajele utilizării circuitelor de tip paralel?
12) Descrieți modul în care reușesc vânzătorii de la magazinul de produse electrice să ne convingă că becurile sau bateriile pe care vrem să le cumpărăm sunt funcționale.

Rezolvă următoarele probleme.

13) Compasul lui Andrei
Andrei și colegii săi, Ana și Vlad, vor să testeze corpurile conductoare și corpurile izolatoare. Ei realizează circuitul din figura alăturată și încep experimentul prin utilizarea unui compas. Andrei conectează cele două brațe ale compasului la bornele becului și constată că becul nu mai luminează. Ana spune că becul nu luminează deoarece „compasul este un izolator”. Vlad afirmă: „compasul este un conductor”.

a) Care este greșeala lui Andrei în acest montaj? b) Ce se produce între compas și bornele becului? c) Care dintre cei doi copii are dreptate, Ana sau Vlad? De ce?
14) Ce greșeli poți remarca în circuitul din figura alăturată?
Ne pregătim pentru evaluarea națională!
15) Aflat în excursie, Ionuț a folosit busola pentru a se orienta în pădure. El a constatat că aceasta indică Nordul în direcția în care crește mușchiul pe copaci.

Completează în casete (figura 5.46) numele polilor geografici, respectiv magnetici, ai Pământului.
111
Figura 5.46 Figura 5.47
16) Instalația de iluminat dintr-o cameră arată ca în figura 5.47. Explică modul de funcționare a instalației de iluminat, dacă se arde becul A. Dar dacă se arde becul D?
17) Pentru fiecare circuit a cărui schemă este prezentată în figura 5.48 precizează modul de conectare a becurilor între cele două borne.

Activitate interdisciplinară
Studiază cu atenţie imaginile de mai jos. Răspunde la următoarele cerinţe:
1) Identifică fenomenele fizice din imagini. Notează-le în caiet.

2) Explică fenomenele fizice identificate.

3) Scrie un scurt eseu în care să identifici avantajele și dezavantajele utilizării montajelor becurilor atât în serie, cât și în paralel în locuința ta.

4) Imaginează-ți un parc de distracții în care să utilizezi magneți și descrie ce dispozitive se pot construi cu aceștia.

5) Realizează un desen care să sugereze cât mai multe fenomene fizice studiate în prezentul capitol.

Prezintă desenul în faţa colegilor. Foloseşte în explicaţii un limbaj ştiinţific şi dă cât mai multe detalii tehnice.

Figura 5.48 curent electric întrerupător închis generator
generator bec sensul convenționala l curentului
sensul deplasării electronilor proton nucleu neutron electron
112
2. FENOMENE MECANICE
Capitolul 4. FENOMENE TERMICE
Capitolul 6. FENOMENE OPTICE
6.1. INTRODUCERE
Optica este o ramură a fizicii care studiază lumina şi fenomenele luminoase. Domeniile de interes sunt: natura şi proprietăţile luminii, modul de producere a luminii, legile de propagare ale acesteia şi modul de interacţiune cu substanţa.

Studiul fenomenelor optice se împarte în trei secţiuni: optica geometrică, optica ondulatorie şi optica fotonică (corpusculară).

În clasa a 6-a se studiază Optica geometrică (subdomeniu al Opticii), parte care studiază mersul razelor de lumină prin diverse medii transparente şi omogene, respectiv legile propagării luminii şi formarea imaginilor, făcând abstracţie de natura acesteia. Optica geometrică este importantă, deoarece cu ajutorul legilor ei se pot construi diverse dispozitive şi aparate cu aplicabilitate în viaţa practică: oglinzile, ochelarii, lupa, luneta, microscopul, luneta, telescopul.

Pentru studierea fenomenelor optice ne folosim de instrumente din trusa de optică pe care o găsim în laboratorul de fizică.

6.2. LUMINA: SURSE DE LUMINĂ. CORPURI TRANSPARENTE, TRANSLUCIDE, OPACE
6.2.1. Lumina
Lumina a reprezentat un mister şi o provocare pentru oameni încă din cele mai vechi timpuri.

Lumina, însoţeşte viaţa, bucuria, mişcarea, căldura, în timp ce contrariul ei, întunericul, poate sugera noapte, mister, odihnă, dar şi frică. Lucrurile, pot fi „clare ca lumina zilei” sau „misterioase ca noaptea”.

Primele teorii cunoscute privitoare la lumină au apărut în Grecia antică. Aristotel considera că lumina este o perturbare a aerului, prin care aceasta se propagă. Pitagora credea că ochiul privitorului emite lumina, care se propagă în linie dreaptă şi luminează obiectele. În antiteză, Democrit considera că întreaga materie, inclusiv lumina, este alcătuită din microparticule. Epicur susţinea că obiectele sunt cele care generează lumină, astfel încât acestea să poată fi observate. În anul 1690 a fost publicată cartea
Tratat despre lumină, scrisă de matematicianul şi fizicianul olandez Christiaan Huygens. Acesta credea că întreg universul este umplut cu o substanţă numită eter, iar lumina ar fi un fel de vibraţie a acestui mediu. dacă aceasta întâlneşte ochiul, atunci este determinată vederea. Părintele mecanicii clasice, Isaac Newton, a sesizat că lumina are un caracter complex, dual, susţinând ambele teorii. De la începutul secolului al XX-lea noţiunea de eter nu a mai fost folosită pentru explicarea fenomenelor luminoase.

Ce am aflat despre lumină?
Dicţionar: Eterul provine din limba greacă şi semnifică o substanţă care are proprietatea de a arde sau de a străluci. Acesta ar fi un fluid subtil care, conform oamenilor de ştiinţă din Antichitate, umplea spaţiul situat dincolo de atmosfera Pământului.

6. Fenomene optice
113
6.2.2. Surse de lumină
Ce îţi sugerează imaginile din figura 6.1 în ceea ce privește lumina?
Figura 6.1
Corpurile pot răspândi lumină sau pot fi luminate.

Reţine:
Corpurile care produc şi răspândesc lumină se numesc surse de lumină.

Corpurile luminate primesc (şi împrăştie) lumină. acestea pot împrăştia lumina într-o măsură mai mare (oglinda, geamul, ochelarii, lupa, vasele de inox) sau mai mică (lemnul, betonul, asfaltul, clădirile etc.).

Sursele de lumină pot fi:
- naturale – soarele, licuricii, stelele, focul, vulcanii.
- artificiale, adică sunt create de om – becul, neonul, chibritul, lampa de gaz, lanterna etc.

6.2.3. Corpuri transparente, translucide, opace
Activitate experimentală
1) Se montează la un capăt al bancului optic (figura 6.2) lampa de proiecţie şi la celălalt capăt un suport pe care sunt fixate, pe rând, plăcuţa opacă, plăcuţa de plexiglas, apoi plăcuţa din sticlă incoloră. Se priveşte sursa de lumină prin fiecare plăcuţă în parte.

2) Pe faţa unei lanterne se ataşează o folie alimentară incoloră, o foaie de hârtie, o folie de aluminiu.

Ce se observă?
Prin plăcuţa de sticlă, respectiv prin folia alimentară, sursa de lumină se vede clar, ca şi cum nu ar fi nimic în faţa ei.

Prin plăcuţa de plexiglas, respectiv prin foaia de hârtie, sursa de lumină nu se vede clar.

Figura 6.2
114
Prin plăcuţa opacă/folia de aluminiu, becul nu se vede deloc.

Corpurile care sunt luminate pot fi:
- transparente – lumina trece prin ele, iar obiectele care se văd prin ele sunt clare (de exemplu, foliaa limentară, geamul, apa limpede).
- translucide – doar o parte din lumină trece prin ele, iar obiectele care se află dincolo de ele nu se văd clar (de exemplu, plexiglas, hârtie, geamul mat).
- opace – lumina nu trece prin ele (de exemplu: folia de aluminiu, lemn, peretele, uşa, metalele, planetele şi sateliţii).

Observaţie. Dacă grosimea corpului transparent este mare, acesta devine translucid.

6.3. PROPAGAREA RECTILINIE A LUMINII. VITEZA LUMINII
6.3.1. Propagarea rectilinie a luminii
Activităţi experimentale
1) Pe bancul optic se montează lampa de proiecţie, un paravan cu deschidere circulară lipit de un vas care conţine apă, iar de cealaltă parte a vasului un ecran. După aprinderea becului, pe ecran se vede o zonă luminoasă circulară. Prin vasul cu apă se poate observa fasciculul de lumină.

2) Pe bancul optic se montează lampa de proiecţie, un ecran cu deschidere circulară şi un vas transparent (o cuvă optică) umplut cu apă, în care am pus praf de cretă. În apă, observăm o porţiune luminată, respectiv fasciculul luminos.

3) Pe bancul optic se montează lampa de proiecţie, un ecran cu deschidere circulară şi un ecran opac. Între cele două ecrane se aşază o lumânare sau o lampă de spirt. Deasupra flăcării, prin fumul produs de aceasta, se va observa fasciculul luminos.

Concluzie: Lumina se propagă în linie dreaptă. Drumul unei raze de lumină este independent de acţiunea altor raze şi de sensul de propagare.

Reţine:
Legea propagării rectilinii a luminii: Într-un mediu omogen şi transparent, lumina se propagă în linie dreaptă.

Dicţionar: Prin mediu omogen se înţelege un mediu care are aceleaşi proprietăţi în toată masa lui.

Reţine: Lumina se propagă sub forma razelor de lumină. Semidreapta de-a lungul căreia se propagă lumina se numeşte rază de lumină.

Direcţia dreaptă de propagare a luminii se poate observa în natură, de exemplu, în pădure, atunci când razele soarelui străbat printre frunze şi crengi, când privim soarele prin fumul unui foc sau când afară este ceaţă şi vedem farurile aprinse ale maşinilor.

Activitate experimentală
Proiectează în apa dintr-un pahar transparent lumina unei lanterne laser (figura 6.3).

Privind paharul din lateral vei observa traiectoria îngustă a luminii prin apă. poţi considera că vezi „o rază de lumină/fasciculul îngust de lumină”. Figura 6.3
115
Mai multe raze de lumină formează un fascicul de lumină. Noi vedem fascicule de lumină, deoarece nu putem percepe o singură rază de lumină, ea fiind foarte îngustă. Prin convenţie, când spunem „o rază de lumină”, ne referim la un fascicul îngust de lumină. În general, fasciculul de lumină este reprezentat printr-o singură linie. Dacă razele luminoase sunt concurente, atunci fasciculul se numeşte omocentric sau conic. În funcţie de cum sunt orientate razele, fasciculele de lumină pot fi:
- paralele – razele sunt paralele. razele se întâlnesc la infinit.
- divergente – razele pleacă dintr-un punct comun. pleacă din vârful conului.
- convergente – razele se întâlnesc în acelaşi punct. sensul razelor de lumină este spre vârful conului.

Rază de lumină Fascicul paralel Fascicul divergent Fascicul convergent
6.3.2. Viteza luminii
După cum am văzut în lecţia despre lumină, aceasta are un caracter dual. Ca orice corp în mişcare, lumina este caracterizată de o viteză specifică mediului în care se propagă. În vid, viteza luminii este notată cu c şi are valoarea c = 300000000 m/s. aceasta este cea mai mare viteză cunoscută şi calculată până acum.

Reţine:
Se numeşte indice de refracţie n al unui mediu raportul dintre viteza luminii în vid şi viteza de propagare a luminii în mediul respectiv. Acest indice reprezintă o caracteristică a respectivului mediu şi este întotdeauna supraunitar. Indicele de refracţie nu are unitate de măsură, adică este adimensional.

n = c v
= indicele de refracție al mediului (1)
Tabel cu indici de refracţie:
Mediu Indice de refracţie
Vid 1
Aer ~ 1
Apă 1,33
Sticlă ~ 1,50
Gheaţă ~ 1,30
Un mediu este omogen din punct de vedere optic dacă, în acel mediu, indicele de refracţie n-are aceeaşi valoare în toate direcţiile.

- Într-o secundă, o rază de lumină poate înconjura Pământul pe la Ecuator de aproximativ 7 ori.
- Lumina parcurge distanţa de la Soare la Pământ în aproximativ 8 minute, pentru a străbate cei aproximativ 149 de milioane de kilometri până pe Terra.
- Un an-lumină este distanţa pe care o străbate lumina într-un an, adică 9,5 trilioane de kilometri.
- Distanţa de la Pământ la Lună este de 1,3 secunde-lumină depărtare. Luminii îi ia 1255 secunde pentru a ajunge de pe Pământ pe Lună.
- Dacă ne-am putea deplasa cu viteza luminii, am străbate de la un capăt la altul galaxia noastră, Calea Lactee, în 100000 ani.
116
- Lumina călătoreşte mai încet prin diverse medii, precum sticlă, apă sau aer. Aceste medii deţin un indice de refracţie care ne permite să observăm de câte ori este încetinită viteza luminii. De exemplu, sticla are un indice de refracţie de 1,5, ceea ce înseamnă că, în acest mediu, lumina se deplasează cu o viteză de aproximativ 200000 km/s.
- În oceane este întuneric, deoarece lumina Soarelui poate atinge o adâncime de aproximativ 80 m.

Lumina din oceanul planetar este emanată de vieţuitoarele care trăiesc în străfunduri.
- Ştiaţi că lumina artificială poluează?
- Soarele este de fapt alb, dar noi îl vedem galben deoarece lumina emisă de el trece prin atmosferă, care împrăştie lumina albastră şi îi modifică cromatica.
-Lumina poate fi controlată în numeroase feluri. O folosim în televiziune, sistemul medical, la aparate de copiat, telescoape, sateliţi.
-Nu doar licuricii emit lumină, ci şi oamenii, chiar dacă în acest caz nu este vizibilă. Toate organismele vii au calitatea de a fi bioluminescente, ca rezultat al reacţiilor din organism.
- 2015 a fost Anul Internaţional al Luminii şi al Tehnologiilor bazate pe Lumină, proclamat de
Adunarea Generală a ONU la propunerea organizaţiilor ştiinţifice din întreaga lume.

Viteza luminii prezentă în literatură
La steaua
Mihai Eminescu
La steaua care-a răsărit
E-o cale atât de lungă
Că mii de ani i-au trebuit
Luminii să ne-ajungă.

Poate demult s-a stins în drum
În depărtări albastre
Iar raza ei abia acum
Luci vederii noastre.

Icoana stelei ce-a murit
Încet pe cer se suie:
Era pe când nu s-a zărit, Azi o vedem şi nu e.

Simbolistica luminii: înţelepciune, cunoaştere, puterea divină, curăţenie sufletească, sinceritate, speranţă, viaţă, mântuire, fericire. Lumina Soarelui revine în fiecare dimineaţă, precum lumina Lunii şi a stelelor noaptea. Lumina transcende spaţiul şi, în timp ce la noi este zi, în alte părţi ale globului este noapte, şi invers.

6.4. UMBRA
Activitate experimentală
1) Se montează la un capăt al bancului optic lampa de proiecţie şi la celălalt capăt un suport pe care este fixat un ecran. Între ele se poziţionează o plăcuţă opacă sub formă de disc (figura 6.4).

Ce se observă?
Pe ecran se observă o zonă circulară, întunecată, pe care o numim umbra discului. Figura 6.4
117
2) Dacă între o sursă punctiformă şi un ecran se aşază un obiect opac (un creion), pe ecran se va vedea umbra creionului (figura 6.5). Direcţiile SAA1 respectiv SBB1 sunt linii drepte.

În funcţie de distanţa dintre obstacolul opac, sursa de lumină şi ecran, pe acesta din urmă se observă o umbră mai mare sau mai mică.

Dacă sursa de lumină este suficient de departe de obstacol, iar distanţa până la ecran este mică, umbra va fi mai bine conturată.

3) În locul lămpii de proiecţie se foloseşte un bec (figura 6.6).

Ce se observă?
Pe ecran se observă două zone: o zonă mai întunecată – umbra şi o zonă înconjurătoare mai puţin întunecată – penumbra.

4) Se fixează cu bandă adezivă pe un glob pământesc o jucărie de mici dimensiuni. Într-o încăpere întunecată, luminează cu o lanternă globul şi, totodată, pune-l în mişcare, rotindu-l uşor. Lanterna joacă rolul Soarelui
(figuraVI.7).

Ce se observă?
Dimensiunea umbrei jucăriei depinde de poziţia acesteia faţă de lanternă.

Reţine:
Pata întunecată care se formează în spatele unui obiect opac luminat se numeşte umbră.

Umbra şi penumbra sunt fenomene care confirmă propagarea rectilinie a luminii.

Umbra şi penumbra însoţesc orice corp luminat. Deoarece penumbra este mai estompată, nu este sesizată întotdeauna. În zilele cu soare, ne observăm umbra pe asfalt, observăm umbra pomilor sau a clădirilor. Noaptea, putem observa umbrele produse de lumina becului de pe stâlpii de iluminat. penumbra apare ca un halou al umbrei. În funcţie de distanţa dintre sursa de lumină şi obstacol, umbra este mai alungită sau mai puţin alungită.

Pornind de la aceste constatări, s-au găsit diverse aplicaţii ale umbrei: teatrul umbrelor, aparate care proiectează pe perete diferite umbre desenate pe sticlă sau plastic, ceasuri.

Figura 6.5
Figura 6.6
Penumbră
Umbră
Penumbră
S
A
B
B1
A1
Figura 6.7
118
Aplicaţie – activitate practică
Încă din cele mai vechi timpuri oamenii sunt fascinaţi de astrul zilei, de răsărit sau de apus, de fenomenele naturii care ne influenţează viaţa. Ei au urmărit umbrele copacilor, ale pietrelor sau ale formelor de relief aflate la mare depărtare. Pe parcursul unei zile, au observat că umbrele corpurilor se modifică în funcţie de poziţia soarelui pe cer. Ca aplicaţie a acestei observaţii, ei se orientau în timp. Pe baza informaţiilor transmise din generaţie în generaţie s-a format cultura ştiinţifică populară, care le permitea să îşi organizeze viaţa. Aceste informaţii sunt utilizate şi astăzi, mai ales în activităţile care presupun o conexiune cu natura. La capitolul 2 din prezentul manual ai învăţat despre timp. Ca aplicaţie practică a cunoştinţelor legate de timp şi de umbră, vei construi un ceas solar.

Construieşte un ceas solar.

Desenează pe un carton un cerc cu ajutorul unei farfurii. Stabileşte centrul cercului. Cu ajutorul echerului, trasează două linii perpendiculare. vei obţine segmentele 6 – 12 şi 3 – 9. Stabileşte care este raza cercului şi împarte-l în 6 părţi egale, pornind din punctul 12. în acest mod se obţin punctele 2, 4, 8, 10.

Repetă operaţia pornind de la punctul 3. vei obţine punctele 5, 7, 11, 1. Astfel, ai desenat cadranul unui ceas (figura 6.8). Introdu cadranul ceasului într-o folie din plastic şi apoi lipeşte cartonul pe o scândură din lemn. Bate în centrul O un cui (poţi vopsi obiectul cu un lac transparent, fără să mai folosești folia din plastic).

Aşază ceasul solar afară, într-un loc neumbrit, şi fixează-l astfel încât umbra cuiului să indice ora înregistrată de un ceas adevărat.

Figura 6.8
Verifică pentru diferite ore din zi dacă orele coincid şi marchează lungimea umbrei cuiului.

Ce se întâmplă?
De-a lungul zilei, poziţia soarelui pe cer se modifică, iar umbra cuiului pare că dispare în miezul zilei sau este foarte mică. Acest fapt este în funcţie de anotimpul în care se face măsurătoarea. Umbrele cele mai lungi se obţin la răsăritul soarelui şi la apusul acestuia.

6.4.1. Extindere: Producerea eclipselor
Propagarea rectilinie a luminii, formarea umbrei şi a penumbrei explică eclipsele totale sau parţiale de Lună şi de
Soare.

Deoarece Pământul şi Luna sunt luminate de Soare, lasă în spatele lor un con de umbră. Când o zonă de pe suprafaţa Pământului intră în conul de umbră al Lunii, acolo se va observa o eclipsă totală de Soare (figura 6.9). În regiunile aflate în zona de penumbră, vom avea eclipsă parţială de Soare.

La o eclipsă de Soare nu trebuie să ne uităm cu ochiul liber, ci prin ochelari speciali sau prin geam afumat.

Atunci când Pământul se află între Soare şi Lună, iar
Luna va fi situată complet în zona de umbră a Pământului, vom avea eclipsă totală de Lună (figura 6.10). Când aceasta va fi situată parţial în zona de umbră, eclipsa de
Lună va fi parţială.

Figura 6.9
Eclipsă parțială
Eclipsă totală
Eclipsă parțială
Eclipsă totală
Figura 6.10
Pământ
Pământ
Lună
Lună
119
Eclipsa la daci
În anul 70 î.Hr, expansiunea mondială a Romei se apropia de malul sud al Dunării, de unde se întindeau pământurile geto-dacilor, uniți sub un mare și puternic regat sub sceptrul lui Burebista. Pentru a putea face față amenințării Imperiului Roman, regele dac a unit triburile tracice. Pentru a evita un război
și a-i supune pe celți pe cale pașnică, Burebista s-a gândit să folosească fenomenele astronomice care urmau să se petreacă – respectiv eclipsa de Soare, care îi fusese anunțată de marele preot Deceneu. În acest sens, s-a prezentat însoțit de Deceneu în fața cetății celților și a afirmat că zeii la care se închinau aceștia sunt falși, iar zeul Zamolxe al dacilor va ascunde Soarele de pe cer. Eclipsa a avut loc cu o zi mai devreme, chiar în timpul în care Burebista a făcut anunțul, provocând spaima celților, care au deschis porțile cetății. Evenimentul a fost prezentat în filmul artistic Burebista. Pe net, filmul întreg se regăsește la adresa: https://www.youtube.com/watch?v=Epbg1UKa30w, iar momentul se vede începând cu momentul
1h 43 min din film.

Eclipsa şi zeii
Marele istoric antic Herodot povestește cum, la sfatul lui Thales din Milet, lydienii i-au cucerit pe mezi, stabilind data bătăliei în ziua eclipsei de soare. Citiți mai multe pe adev.ro/opds6n.

Activităţi de învăţare şi de autoevaluare
Completează spaţiile libere.

… este spaţiul întunecat din spatele unui corp opac luminat de o sursă de lumină.

Când o zonă de pe suprafaţa Pământului intră în conul de umbră al Lunii, acolo se va observa …
Eclipsa totală de Soare este ….

Eclipsa parţială de Lună este ….

Sursele de lumină sunt ….

Corpurile luminate sunt ….

Aplică noțiunile învățate.

1) Trece în tabelul de mai jos următoarele corpuri: becul, luna, soarele, casa, copacii, licuricii, oglinda, ochelarii.

Surse de lumină Corpuri luminate

120
2) Într-o cameră întunecată, un izvor luminos, punctiform este situat la 30 centimetri de un disc opac cu diametrul de 6 centimetri, concentric cu acesta.

Care este diametrul umbrei obţinute pe un ecran situat la 50 centimetri de sursă?
3) Un copac cu înălţimea de 3 m este situat la distanţa de 3 m de un stâlp de iluminat cu înălţimea de 6 m.

Considerând că becul de pe stâlp este situat în vârful acestuia şi că este o sursă punctiformă, care este lungimea umbrei copacului?
4) Realizează o prezentare powerpoint în care să expui surse de lumină, efecte luminoase, umbra şi penumbra.

5) Realizează un eseu SF în care să utilizezi cunoştinţele învăţate despre surse de lumină, efecte luminoase, umbră şi penumbră.

6) Descrie activităţile experimentale desfăşurate în cadrul lecţiei Propagarea rectilinie a luminii.

Umbra conform diagramei din figura 6.11.

7) Rezolvă jocurile de cuvinte încrucişate prezentate mai jos.

Oameni de ştiinţă
Vertical:
1. obiectele sunt cele care generează lumină
2. considera că lumina este o perturbare a aerului
5. părintele mecanicii clasice susţinea caracterul dual al luminii, de undă și de corpuscul
Orizontal:
3. credea că ochiul privitorului emite lumina, care se propagă în linie dreaptă şi luminează obiectele
4. întreg Universul este umplut cu o substanţă numită eter
6. întreaga materie, inclusiv lumina, este alcătuită din microparticule
Figura 6.11
Ce am făcut?
Ce a fost ușor?
Ce concluzii am formulat? Ce a fost greu?
Ce am observat?
Activitatea
1
2
3
4
5
6
121
Lumina
Vertical:
1. corpurile care produc şi răspândesc lumină
2. pata întunecată care se formează în spatele unui obiect opac luminat
3. mai multe raze de lumina
5. corpuri prin care lumina nu trece
Orizontal:
4. corpuri prin care lumina trece
6. semidreapta de-a lungul căreia se propagă lumina
7. atunci când Pământul se află între Soare şi Lună, şi Luna va fi situată complet în zona de umbră a
Pământului
8. se propagă în linie dreaptă
8) Realizează un desen în care să utilizezi cunoştinţele învăţate despre surse de lumină, efecte luminoase, umbră şi penumbră.

Activitate experimentală
Materiale necesare: o cutie de carton cu capac (de pantofi), o lanternă pe geamul căreia ai desenat cu markerul o săgeată, o ruletă, un creion, o foarfecă, o coală de hârtie milimetrică sau o coală de matematică, pe care o fixezi pe un ecran fix.

Mod de lucru: Se desenează la capetele opuse ale cutiei câte un pătrat mic de aceleaşi dimensiuni, care este apoi decupat cu foarfeca. Se aşază capacul la cutie. Se fixează hârtia milimetrică pe ecran. Se aşază cutia în faţa lanternei şi se luminează ecranul de la o distanţă dublă faţă de lungimea cutiei. Se măsoară distanţa dintre lanternă şi ecran. Se fac observaţii pentru diverse distanţe faţă de ecran.

Ce se observă?
Pe măsură ce distanţa până la ecran creşte, tot mai multe pătrăţele sunt luminate, dar intensitatea luminii se diminuează (scade). Ce se întâmplă cu imaginea pe ecran a săgeţii desenate pe lanternă?
1
2 3
4
5
6
7
8
122
Rezumat
Sursele de lumină sunt corpuri care produc şi răspândesc lumina.

Corpurile luminate primesc şi împrăştie lumina. Acestea pot fi: transparente, translucide şi opace.

Semidreapta de-a lungul căreia se propagă lumina se numeşte rază de lumină.

Mai multe raze de lumină formează un fascicul luminos. Acesta poate fi: paralel, convergent, divergent.

Legea propagării rectilinii a luminii: Într-un mediu omogen şi transparent, lumina se propagă în linie dreaptă.

Prin mediu omogen se înţelege un mediu care are aceleaşi proprietăţi în toată masa lui.

Umbra este pata întunecată din spatele unui corp opac luminat.

Viteza de propagare a luminii în vid este de aproximativ 300000000 m/s.

Indicele de refracţie al luminii este raportul dintre viteza luminii în vid (aproximăm aer) şi viteza de propagare a luminii într-un mediu: n = c v
= indicele de refracție al mediului.

Indicele de refracţie este o mărime adimensională (nu are unitate de măsură).

Activităţi de învăţare şi de autoevaluare
1) Ştiind că luminii îi trebuie aproximativ 8 minute să ajungă pe planeta noastră, calculează distanţa până la Soare.

2) Distanţa Pământ – Lună este de aproximativ 405000 km. După cât timp se vede imaginea Lunii pe Pământ?
3) Care este distanţa parcursă de lumină într-un an terestru?
4) Cunoscând valoarea indicelui de refracţie al sticlei n = 1,5, calculează viteza de propagare a luminii în acest mediu. Viteza de propagare a luminii în vid este c = 300000000 m/s.

5) Realizează un eseu SF în care să utilizezi cunoştinţele învăţate despre viteza luminii.

6) Rezolvă jocul de cuvinte încrucişate din figura alăturată.

Vertical:
1. totalitatea culorilor care compun curcubeul
2. corpuri care primesc şi împrăştie lumina (nearticulat)
Orizontal:
3. raportul dintre viteza luminii în vid şi viteza de propagare a luminii într-un mediu (articulat)
4. în vid, este de aproximativ
300000000 m/s
7) Realizează un desen în care să utilizezi cunoştinţele învăţate în acest capitol.

1
2
4
3
123
6.5. DEVIEREA FASCICULELOR DE LUMINĂ: REFLEXIA ŞI REFRACŢIA
(EXPERIMENTAL, DESCRIERE CALITATIVĂ)
Atunci când un fascicul de lumină ajunge pe suprafaţa de separare dintre două medii diferite (cu indici de refracţie diferiţi), acesta va fi deviat de la direcţia iniţială şi va suferi două fenomene pereche: reflexia şi refracţia. De obicei, unul dintre ele este predominant.

Activitate experimentală
Pe bancul optic se instalează lampa de proiecţie, o plăcuţă cu fantă4
, o cuvă transparentă cu apă, în care este praf fin de cretă. În cuvă se introduce discul optic. Se potriveşte fanta astfel încât fasciculul luminos să cadă în mijlocul discului.

Ce se observă?
La suprafaţa apei, o parte din fasciculul luminos se întoarce în mediul din care a venit, dar deviat, iar oa ltă parte „intră” în apă, deviat de la direcţia iniţială, astfel încât traiectoria este văzută ca o linie frântă.

Vom spune despre primul fascicul că a suferit fenomenul de reflexie, iar despre cel de-al doilea, căa suferit fenomenul de refracţie (figuraVI.12).

Pentru a înțelege mai bine fenomenul, urmărește graficul din figura 6.12, în care:
SO = fascicul incident/raza incidentă
OR = fascicul reflectat/raza reflectată
OR’ = fascicul refractat/raza refractată
NO = normala la suprafaţa de separaţie i = unghi de incidenţă r = unghi de reflexie r’ = unghi de refracţie n1 = indicele de refracţie al primului mediu n2 = indicele de refracţie al celui de al doilea mediu Figura 6.12
6.5.1. Reflexia
Activitate experimentală
1) Orientează un fascicul de lumină îngust spre o suprafaţă reflectătoare – o oglindă plană. Vei observa că fascicului îşi va schimba direcţia de propagare după ce întâlneşte suprafaţa lucioasă şi va fi proiectat în altă direcție.

2) Te uiți într-o oglindă plană. Imaginea ta în oglindă este situată la o distanță egală cu distanța care este între tine și oglindă.

Montează pe discul Hartl (figura 6.13) o oglindă plană. Orientează un fascicul îngust de lumină către aceasta şi măsoară unghiul de incidenţă şi unghiul de reflexie.

Ce se observă?
Trece într-un tabel după modelul dat valorile măsurate pentru unghiul de incidență
și unghiul de reflexie.

Nr. crt. i r

4
Fantă = deschidere îngustă într-o placă.

Figura 6.13
124
Reţine:
Reflexia este fenomenul de întoarcere a luminii în mediul din care a plecat (din care provine) atunci când întâlneşte o suprafaţă de separaţie între două medii diferite (figura 6.14).

Legile reflexiei:
– raza incidentă, normala la suprafaţă şi raza reflectată sunt în acelaşi plan.
– unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie.

i = r (1)
Figura 6.14
Activitate experimentală practică
Construieşte un caleidoscop! (a se vedea figura 6.15.a) și 6.15.b)
Figura 6.15.a) Figura 6.15.b)
Materiale necesare: un cilindru (de exemplu, tubul de carton pe care este înfășurată hârtia higienică), bandă adezivă, CD-uri, foarfecă, mărgele de diverse culori sau bucăţele de globuri sparte, foliea limentară sau altă folie transparentă.

Mod de lucru. Taie 3 dreptunghiuri identice dintr-un CD şi lipeşte-le cu banda adezivă, astfel încât să formeze o prismă triunghiulară. Un capăt al prismei îl faci din folie transparentă, iar celalalt din folie mată, în care vei face un mic orificiu, astfel încât lumina să intre în dispozitiv. Introdu prisma în tubul de carton.

Aplicaţii ale reflexiei
Corpuri care reflectă lumina – oglinzi
Oglinzile sunt obiecte cu o suprafaţă lucioasă, care reflectă lumina.

Reţine:
Corpul mărginit de o suprafaţă lucioasă se numeşte oglindă.

Oglinzile pot fi:
- plane – atunci când suprafaţa lor este plană.
- sferice – atunci când suprafaţa lor este sferică.

Oglinda plană. Cu oglinzile plane, fiecare din noi este familiarizat. În fiecare dimineaţă ne privim în oglindă înainte de a pleca din casă.

Cum se formează imaginea unui obiect în oglindă?
Fie S1 o sursă de lumină punctiformă aflată în faţa oglinzii plane AB (vezi figura 6.16). Figura 6.16
R1
R2
N
A
B
S1 S2 i r
125
Un observator vede imaginea S2 dacă razele reflectate de oglindă ajung la ochiul observatorului.

S1A este o rază incidentă perpendiculară pe oglindă. Raza reflectată AR1 are direcţia razei incidente.

S1B este o altă rază incidentă pe oglindă, raza reflectată fiind BR2.

Imaginea S2 se obţine la intersecţia prelungirilor razelor reflectate.

DS1AB și DS2AB sunt congruente, deoarece sunt dreptunghice și au o latură comună ||AB||.

AS1B = NBS1 = i (alterne interne). AS2B = NBR2 = r (corespondente). i = r Þ AS1B = AS2B
Din egalitatea triunghiurilor rezultă că S1A = S2A. Deci, distanţa dintre obiect și oglindă este egală cu distanţa dintre oglindă și imagine.

Iată cum se vede imaginea unui iepuraş într-o oglindă plană (figura 6.17):
O = oglinda x1 = distanţa obiect – distanţa de la iepuraş la oglindă. x2 = distanţa imagine – distanţa de la oglindă la imaginea iepuraşului x1 = x2
Formarea imaginii într-o oglindă plană
Imaginea unui obiect într-o oglindă plană are următoarele caracteristici:
- se formează în spatele oglinzii. din acest motiv este o imagine virtuală.
- distanţa de la obiect la oglindă este egală cu distanţa de la oglindă la imagine.
- mărimea imaginii este egală cu mărimea obiectului.

Activități de învățare
Probleme rezolvate
1) O rază de lumină se deplasează orizontal şi cade pe un ecran vertical (perete) (figura 6.18). Se aşază o oglindă între sursa de lumină S şi ecran, iar punctul luminos se va deplasa din A în B, cu 5 centimetri.

Ştiind că distanţa OB este de 10 centimetri, să se afle unghiul AOB.

Cât este unghiul de incidenţă?
Datele problemei
||OB|| = 10 centimetri
||AB|| = 5 centimetri.

AOB = ? i = ?
Rezolvare
SON este unghi de incidenţă.

BON este unghi de reflexie.

Rezultă că SON = BON.

Observăm că DAOB este dreptunghic, cu unghiul drept în vârful A.

Laturile |OA| şi |AB| sunt catete, iar latura |OB| este ipotenuză.

Observăm că lungimea catetei |AB| este jumătate din lungimea ipotenuzei |OA|.

De la matematică ştim că măsura unghiului care se opune catetei a cărei lungime este jumătate din lungimea ipotenuzei este de 30°.

În concluzie:
- AOB = 30°.
- suma unghiurilor: SON + BON + AOB = 180°. 2 SON + 30° = 180°.
- 2 i = 180° – 30°. deci 2 i = 150°, i = 75°.

Figura 6.18
Figura 6.17
A B x1 x2
O
126
Rezultate:
AOB = 30°. i = 75°.

2) Care este înălțimea minimă a unei oglinzi, pentru a ne putea privi complet în ea?
Rezolvare
Notăm distanţa de la ochi până la sol cu h1 şi distanţa de la ochi până în creştet cu h2 (figura 6.19).

h = h1 + h2
Aplicând legile reflexiei, observăm că triunghiurile dreptunghice AMB şi CMB sunt congruente, ABM fiind unghi de incidenţă, iar CBM, unghi de reflexie.

Laturile ||AM|| = ||CM|| = h1/2.

În mod similar, triunghiurile dreptunghice AND şi END sunt congruente, cu ADN unghi de incidenţă şi EDN unghi de reflexie.

Rezultă că: ||AN|| = ||EN|| = h2/2
||BD|| = ||AM|| + ||AN|| = h/2.

Concluzie: înălțimea minimă a unei oglinzi pentru a ne putea privi în întregime în ea este jumătate din înălţimea noastră.

Oglinzi sferice
Prima oglindă sferică în viaţa oricăruia dintre noi a fost lingura. Cine nu s-a jucat cu lingura la masă şi nu s-a privit în ea? Cu toţii am constatat că, uitându-ne pe faţa interioară, cea care ţine supa, ne vedem cu capul în jos, în timp ce dacă ne privim pe cealaltă faţă, ne vedem cu capul în sus. Faţa care ţine supa se numeşte concavă, iar faţa care nu ţine supa se numeşte convexă.

Oglinzile sferice pot fi:
• oglinzi concave – atunci când suprafaţa lucioasă este pe partea din interior a sferei (figura 6.20.a). oglinda concavă transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul convergent
(figura 6.20.b). Figura 6.20.a

Figura 6.20.b
Figura 6.19
Oglindă
Imagine
L h1 h2
127
• oglinzi convexe – atunci când suprafaţa lucioasă este pe partea exterioară a sferei (figura 6.21.a). oglinda convexă transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul divergent
(figura 6.21.b). Figura 6.21.a Figura 6.21.b
Activitate experimentală
Imagini în oglinzile sferice
1) Aşază un bec care luminează în apropierea unei oglinzi concave şi îndepărtează becul de oglindă până când obţii imaginea lui pe un perete al clasei. Foloseşte un bec cu filament de genul celor utilizate la experimentele de curent electric. În sala în care se realizează experimentul trebuie să fie întuneric.

Observă că imaginea filamentului este mult mărită. Imaginea observată pe ecran este reală.

2) Priveşte-te în oglinda concavă. Imaginea ta se obţine în spatele oglinzii (este virtuală), este dreaptă şi mărită.

3) Aşază o bomboană pe un dispozitiv cu oglinzi sferice, ca în figura 6.22. Imaginea observată este virtuală şi se formează în exteriorul dispozitivului, părând că bomboana plutește în aer.

Concluzie: Cu ajutorul oglinzilor sferice se pot obţine, pentru diferite distanţe dintre obiect şi oglindă, imagini reale sau virtuale, drepte sau răsturnate, mărite sau micşorate.

Oglinzile lui Arhimede
În secolul al 2-lea d.Hr., Lucian din Samosata scrie despre distrugerea de către savantul antic
Arhimede, cu ajutorul unei oglinzi convergente (concave), a corăbiilor inamice care voiau să cucerească
Sir acuza. Dispozitivul, numit Arma de foc a lui Arhimede (figura 6.23.a), a fost folosit pentru a focaliza razele soarelui pe pânzele corăbiilor atacatoare. Întâmplarea este ilustrată şi de pictorul italian Giulio
Parigi (figura 6.23.b), iar experimentul a fost refăcut de-a lungul timpului de numeroase echipe.

Figura 6.23.a Figura 6.23.b
Figura 6.22
128
În lumea magiei!
În 1918, marele iluzionist Harry Houdini a făcut să dispară un elefant de pe Hipodromul
Teatrului din New York, folosindu-se de 2 oglinzi plane, foarte mari, dispuse în unghi drept, ca în imaginea din figura 6.24. Figura 6.24
Activităţi de învăţare şi de autoevaluare
1) Realizează un eseu SF în care să utilizezi aplicaţii ale reflexiei luminii folosind oglinzi.

2) Rezolvă jocul de cuvinte încrucişate.

Vertical:
1. transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul convergent
2. fenomenul de întoarcere a luminii în mediul din care a plecat (din care provine), atunci când întâlneşte o suprafaţă de separaţie între două medii diferite
3. transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul divergent
Orizontal:
4. este egal cu unghiul de reflexie
5. corp care reflectă lumina
3) Care este valoarea unghiului de incidenţă sub care cade un fascicul luminos îngust pe o oglindă plană pentru ca acesta să nu fie deviat după reflexie? Exemplifică prin desen!
4) Care este valoarea unghiului de incidenţă sub care cade un fascicul luminos îngust pe o oglindă plană, pentru ca fasciculul reflectat să fie perpendicular pe cel incident? Exemplifică prin desen!
5) Un fascicul îngust de lumină cade sub un unghi de incidenţă de 60° pe o oglindă plană.

Care este valoarea unghiului de reflexie? Exemplifică prin desen!
6) Cum trebuie amplasate 2 oglinzi în interiorul fiecăreia din cele trei cutii din figura 6.25 astfel încât traseul fasciculului să iasă prin orificiul indicat în figură. Desenează oglinzile din interiorul cutiei.

Figura 6.24
Figura 6.25
1
2
3
4
5
129
7) Realizează o prezentare powerpoint în care să prezinţi obiecte care reflectă lumina şi fenomene de reflexie surprinse în natură.

6.5.2. Refracţia
Privind o linguriţă introdusă în apă (figura 6.26), ea pare frântă la suprafaţa apei.

Reţine: Refracţia este fenomenul de modificare a traiectoriei fasciculului de lumină atunci când traversează suprafaţa de separaţie dintre două medii transparente diferite.

Pentru a înțelge mai bine fenomenul, urmărește graficul din figura 6.27, în care:
SO = fascicul incident/rază incidentă
OR = fascicul refractat/rază refractată
NO = normala la suprafaţa de separaţie dintre cele două medii i = unghi de incidenţă r = unghi de refracţie n1 = indicele de refracţie al primului mediu n2 = indicele de refracţie al celui de al doilea mediu Figura 6.27
Fiecare mediu are un indice de refracţie specific, cu o valoare supraunitară.

LUCRARE DE LABORATOR
Aparate şi materiale necesare: semicilindru transparent
(sticlă, plexiglas etc.), disc gradat Hartl, sursă de lumină (lanternă laser).

Mod de lucru: Se aşază semicilindrul cu centrul său, I, în centrul discului Hartl (figura 6.28). Se trimite pe faţa plană a semicilindrului o rază incidentă (R.I.) în punctul I, astfel încât raza reflectată şi raza refractată să fie vizibile. Se măsoară unghiul de incidenţă – i şi unghiul de refracţie – r.

Se calculează raportul i/r.

Se notează unghiurile de incidenţă şi de refracţie într-un tabel:
Unghiul de incidenţă – i Unghiul de refracţie – r Raportul i/r
0
30°
45°
60°
90°
Concluzie: Unghiul de refracţie este mai mic decât unghiul de incidenţă atunci când lumina trece din aer în sticlă. Dacă fasciculul incident este perpendicular pe suprafaţa de separaţie, direcţia de propagarea luminii nu se modifică.

Figura 6.26
Figura 6.28. Disc Hartl cu semicilindru
130
Ce se observă?
La trecerea luminii dintr-un mediu cu un indice de refracţie mai mic într-un mediu cu un indice de refracţie mai mare, fasciculul refractat se apropie de normală. În sens invers, la trecerea luminii dintr-un mediu cu un indice de refracţie mai mare într-un mediu cu un indice de refracţie mai mic, fasciculul refractat se îndepărtează de normala la suprafaţă.

- Isaac Newton a observat că un fascicul subţire de lumină solară, lovind o prismă de sticlă sub un anumit unghi, creează o bandă de culori vizibile: roşu, orange, galben, verde, albastru, indigo şi violet (ROGVAIV) (figura 6.29). Acest lucru se datorează faptului că viteza luminii de diferite culori printr-un mediu (în cazul acesta sticla) este diferită.
-Curcubeul este un fenomen optic observat în natură și constă în apariţia unui spectru luminos
(spectru = ansamblu de valori pe care le poate lua o anumită mărime în condiţii determinate. ansamblu de raze luminoase, de culori diferite). Acesta apare deoarece lumina se refractă prin atmosfera suprasaturată de vapori de apă, de cele mai multe ori după ploaie. Curcubeul este de forma unui arc, carea re roşu la exterior şi violet la interior. Culorile care compun curcubeul sunt: roşu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo şi violet – prescurtat ROGVAIV. Lumina provenită de la Soare este albă, dar atunci când intră într-un strop de apă, aceasta se separă în cele 7 culori, astfel încât, la ieşire, raza roşie părăseşte stropul sub un unghi de refracţie mai mic decât unghiul de refracţie al razei violet, iar separarea culorilor realizează curcubeul.
-Refracţia face ca lucrurile aflate în apă şi privite din aer să pară mai aproape decât sunt în realitate.

Diferenţa de viteză dintre lumina care trece prin apă şi cea care trece prin aer se traduce astfel: o piscinăa dâncă de 4 m, văzută de la suprafaţă, este percepută ca având doar 3 m.

Aplicaţie experimentală
Să construim un curcubeu!
Într-un vas cu apă se adaugă o picătură de lac incolor (de unghii), care se va împrăştia. Se introduce în vas o bucată de hârtie închisă la culoare. După ce se scoate hârtia din apă şi se scutură, pe suprafaţa acesteia se va vedea o paletă de 7 culori, asemeni unui curcubeu: Roşu, Orange, Galben, Verde, Albastru, Indigo, Violet, adică, într-un cuvânt, ROGVAIV.

Ce se întâmplă?
Picăturile de apă descompun lumina albă în culorile curcubeului.

Corpuri care refractă lumina – lentile
Reţine: Corpul transparent, mărginit de două suprafeţe sferice sau de o suprafaţă sferică şi una plană, se numeşte lentilă.

Lentile convergente și lentile divergente
Lentilele convergente sunt cele care „strâng” razele de lumină (figura 6.30):
– sunt mai groase în centru şi mai subţiri la capete.
– transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul convergent. Figura 6.30
Lentilele divergente sunt cele care „împrăştie” razele de lumină (figura 6.31):
– sunt mai subţiri în centru şi mai groase la capete.
– transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul divergent.

Figura 6.31
Figura 6.29
131
Activitate experimentală
1) Pe bancul optic se aşază o lampă de proiecţie, un ecran cu 3 fante şi o lentilă convergentă. Se repetă experimentul înlocuind lentila convergentă cu o lentilă divergentă.

Concluzii: lentilele convergente transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul convergent, în timp ce lentilele divergente împrăştie razele de lumină, adică transformă fasciculul luminos paralel într-un fascicul divergent.

2) Pe bancul optic se aşază o lampă de proiecţie şi un ecran opac. între ele, se mişcă o lentilă convergentă, până când pe ecran se obţine un punct. Se măsoară distanţa dintre lentilă şi ecran. această distanţă se numeşte distanţă focală, iar punctul obţinut se numeşte focar. se întoarce lentila şi se observă că punctul luminos se formează în acelaşi loc.

Concluzie: Lentilele au 2 focare. Aceste focare sunt egal depărtate de centrul optic al lentilei.

Reflexia totală
În general, atunci când lumina întâlneşte suprafaţa de separaţie dintre două medii transparente, apar fenomenele de reflexie şi de refracţie (figura 6.32 şi 6.33).

Reține: La trecerea luminii dintr-un mediu optic mai dens (indice de refracţie mai mare, mediu mai refringent) într-unul mai puţin dens (indice de refracţie mai mic, mediu mai puţin refringent), se observă că pentru unghiuri de incidenţă mari nu mai apare fenomenul de refracţie – de exemplu din apă în aer. În acest caz spunem că are loc fenomenul de reflexie totală.

Unghiul i2, căruia îi corespunde un unghi de refracţie de 90°, se numeşte unghi limită. Pentru i > i2 se produce reflexia totală.

Rezumat
Reflexia este fenomenul de întoarcere a luminii în mediul din care a plecat (din care provine), atunci când întâlneşte o suprafaţă de separaţie între două medii diferite.

Legile reflexiei:
1. Raza incidentă, normala la suprafaţă şi raza reflectată sunt în acelaşi plan.

2. Unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie.

i = r
Figura 6.32 Figura 6.33 rază refractată aer
N n2 = 1,0 n1 = 1,5 rază refractată total sticlă
132
Oglinzile sunt obiecte care au o suprafaţă lucioasă, care reflectă lumina. Acestea pot fi plane – atunci când suprafaţa lor este plană – sau sferice – atunci când suprafaţa lor este sferică.

Refracţia este fenomenul de modificare a traiectoriei fasciculului de lumină atunci când traversează suprafaţa de separaţie dintre două medii transparente.

Reflexia totală se produce atunci când lumina trece dintr-un mediu optic mai dens într-unul mai puţin dens, iar unghiul de incidenţă este mai mare decât unghiul limită.

Lentilele sunt corpuri transparente, mărginite de două suprafeţe sferice sau de o suprafaţă sferică şi una plană.

Activităţi experimentale
Formarea imaginilor în lentile
Aparate şi materiale necesare:
– alimentator pentru experimente de electricitate.
– sursă de lumină/lampă de proiecţie/lanternă.
– fantă obiect (în formă de săgeată).
– lentilă convergentă cu distanţa focală mică, cunoscută (de 12 centimetri până la 15 centimetri).
– ecran.
– banc optic (bară divizată, riglă, hârtie milimetrică).

Mod de lucru:
1. Se fizează pe bancul optic lampa de proiecţie, fanta obiect, lentila convergentă şi ecranul.

Distanţa dintre fantă şi lentilă trebuie să fie mai mare decât 4f (f = distanţa focală a lentilei, care este cunoscută, este înscrisă pe lentilă).

2. Se notează în tabel distanţa focală f.

3. Se măsoară lungimea fantei obiect y1 şi se trece valoarea în tabel.

4. Se deplasează lentila pe bancul optic, până când pe ecran se formează o imagine clară a fantei obiect.

5. Se măsoară distanţele dintre fanta obiect şi lentilă, x1, respectiv dintre lentilă şi ecran x2.

6. Se notează în tabel distanţele x1 şi x2.

7. Se măsoară mărimea imaginii y2 şi se trece valoarea în tabel.

8. Se notează pe caiet dacă imaginea este dreaptă sau răsturnată şi dimensiunea acesteia comparativ cu obiectul.

9. Păstrând fixat ecranul şi obiectul, se deplasează lentila până se obţine o nouă imagine clară a obiectului. Ce diferenţe există între cele două imagini? Se notează observaţiile pe caiet.

10. Se aşază lentila astfel încât x1 = 2f. Ce se poate spune în această situaţie despre imaginea formată pe ecran?
11. Se calculează în fiecare caz raportul dintre mărimea imaginii şi mărimea obiectului y2/y1.

Se completează tabelul:
Nr. crt. f (centimetri) y1 (centimetri) x1 (centimetri) x2 (centimetri) y2 (centimetri) y2/y1 (centimetri)

Concluziile se notează pe caiet.

Culorile cerului într-un pahar!
Într-un pahar se pune o linguriţă de lapte, după care se umple cu apă. Se obţine un amestec lăptos/ceţos.

Într-o cameră întunecată se iluminează paharul cu o lanternă. Dacă paharul este privit din lateral, se va constata că amestecul pare albastru. Dacă se priveşte lanterna prin amestecul din pahar, de data aceasta amestecul va părea galben-roşiatic. Pe măsură ce se va mai adăuga lapte, culorile observate vor deveni mai intense.
133
Ce se întâmplă?
Laptele din apă se comportă la fel ca atmosfera terestră atunci când prin ea trece lumina albă emisă de Soare, care, în experimentul nostru este lanterna. Ziua, cerul pare albastru, iar la apus, este roşu. Tot aşa, în experimentul nostru, când lumina vine „de sus”, amestecul este albastru, în timp ce dacă privim lanterna (minisoarele) prin pahar, amestecul va fi roşiatic.

În funcţie de locul de unde vine lumina, particulele de aer (particulele de lapte din experiment) împrăştie diversele culori.

Activităţi de învăţare şi de autoevaluare
1) În desenul din figura 6.34, în care parte este sticlă şi în care parte este aer?
Justifică răspunsul.

2) Analizează imaginile din figura 6.35 şi identifică situaţia posibilă. Justifică răspunsul.

3) Realizează o prezentare în care să expui cunoştinţele învăţate despre refracţie şi despre aplicaţiile acestui fenomen.

4) Realizează un eseu SF în care să utilizezi aplicaţii ale refracţiei luminii.

5) Rezolvă jocul de cuvinte încrucişate.

Vertical:
1. obiectele cu suprafaţă lucioasă, care reflectă lumina
(articulat)
2. fenomenul de modificare a traiectoriei fasciculului de lumină, atunci când întâlneşte o suprafaţă de separaţie între două medii diferite
Orizontal:
3. corpuri transparente, mărginite de două suprafeţe sferice sau de o suprafaţă sferică şi una plană
4. fenomenul de întoarcere a luminii în mediul din care a plecat (din care provine) atunci cănd întâlneşte o suprafaţă de separaţie între două medii diferite (articulat)
Figura 6.34
Figura 6.35
1
2
3
4
134
Activitate interdisciplinară
Analizează imaginea 6.36 şi răspunde la următoarele cerinţe:
a) Enumeră fenomenele optice pe care le identifici în desenul de mai jos.

b) Scrie pe caiet definiţiile fenomenelor optice observate în desen.

c) Inspirându-te din imaginea de mai jos, realizează un desen în care să exemplifici fenomene optice.
135
Recapitulare finală
Proiect final – Construirea unei baze spațiale
Activitate experimentală – Sistem de coordonare
Principiul de funcționare al GPS-ului. Fișe de lucru
Tehnici de supraviețuire – Cireșarii din romanul lui Constantin Chiriță
Probleme propuse
1. Ce arie are un panou triunghiular (figura 1), folosit la semnalizarea rutieră, având baza de 60 centimetri și înălțimea de 52 centimetri?
2. Un teren de formă pătrată, cu latura de 25 m, este traversat prin centrul său de două alei pavate, perpendiculare, ca în figura 2. Fiecare alee are lărgimea de 1,2 m.

Calculează aria aleilor și aria terenului plantat cu iarbă.

3. Un zidar trebuie să acopere cu faianță un perete având lungimea de 3 m și lățimea de 2,8 m.

Știind că o placă de faianță are forma unui pătrat cu latura de 15 centimetri, câte plăci de faianță trebuie cumpărate pentru a acoperi peretele?
Se admite că, dacă este cazul, se poate pune pe perete o parte dintr-o faianță tăiată o singură dată.

4. Pentru construirea unui perete lung de 3 m sunt folosite 100 de cărămizi cu dimensiunile L = 0,3 m, l = 15 centimetri, h = 0,06 m.

Calculează înălțimea peretelui de grosime minimă care poate fi construit.

5. Un paralelipiped are lungimea 90 centimetri, lățimea 60 centimetri și înălțimea 30 centimetri.

Care este aria fețelor laterale ale paralelipipedului?
6. Un vas cubic cu latura de 24 centimetri este plin cu apă. Aceasta este turnată într-un vas de formă paralelipipedică cu baza un pătrat de latură 32 centimetri.

Până la ce înălțime se va ridica acum apa?
7. Un pahar din sticlă are forma paralelipipedică. Un elev măsoară dimensiunile exterioare ale paharului și grosimea sticlei. La exterior, lungimea este egală cu lățimea și au valoarea de 8 centimetri, iar înălțimea este de 10 centimetri. Grosimea sticlei este de un centimetri și este aceeași peste tot.

Ce volum are sticla din care este făcut paharul și care este volumul interior al paharului?
8. Un motociclist se deplasează cu viteza de 42 km/h de la ora 11 și 10 minute până la ora 15.

Calculează:
a) durata deplasării. b) distanța parcursă de motociclist.

9. O mașină se deplasează cu viteza de 25 m/s și la ora 8 trece prin dreptul bornei kilometrice 25.

Prin dreptul cărei borne kilometrice trece la ora 8 și 40 minute.

10. Un autoturism trece prin dreptul bornei care indică 50 km cu viteza de 72 km/h. Autoturismul sea propie de orașul reședință de județ menținându-și viteza constantă.

a) Exprimați viteza autoturismului în km pe minut..

b) Determinați distanța parcursă de autoturism în 5 minute.

c) În dreptul cărei borne kilometrice se află autoturismul după 5 minute?
Figura 2.
Figura 1.
136
11. Un tren se deplasează cu viteza de 30 m/s și la ora 11 se găsea cu 54 km înainte de stație.

a) Calculați timpul rămas până când trenul ajunge în stație.

b) La ce oră va ajunge trenul în stație?
12. Un motociclist se deplasează timp de o oră cu viteza de 40 km/h și 30 minute cu viteza de
100 km/h.

Calculează viteza medie a motociclistului.

13. Un mobil se deplasează de la localitatea A la localitatea B. Jumătate din drum îl parcurge cu viteza de 60 km/h, iar restul, cu viteza de 30 km/h.

Calculează viteza medie a mobilului între cele două localități.

14. Graficul din figura 3 este realizat pentru un mobil care se deplasează pe o traiectorie rectilinie.

Este reprezentată coordonata x a mobilului în funcție de timp (t).

a) La ce distanță de origine se află mobilul la momentul inițial? b) Completează tabelul din figura 4: t (s) 2 8 10 x (m) 40 50
Figura 4 c) Ce distanță a parcurs mobilul în cele 10 s de mișcare? d) Calculează viteza mobilului pentru t Î [0. 4] s și pentru t Î [4. 10] s. e) Precizează ce tip de mișcare are mobilul.

15. Graficul mișcării mecanice a unui mobil care se deplasează pe o traiectorie rectilinie este reprezentat în figura 5.

Figura 3
Figura 5 t (s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x (m)
20
60 x (m) t (s)
0 5 10
10
137
Să se determine:
a) în ce moment mobilul trece prin originea distanțelor. b) durata staționării mobilului. c) intervalul de timp în care mobilul se îndepărtează de origine. d) intervalul de timp în care mobilul se apropie de origine. e) viteza mobilului pe fiecare porțiune a graficului. f) în ce momente mobilul trece prin punctul aflat la 4 m de origine. g) distanța față de origine la care se află punctul prin care mobilul trece în două momente diferite, intervalul de timp dintre ele fiind de 2 s.

16. Două mobile se deplasează pe aceeași șosea. Graficele mișcărilor sunt reprezentate în figura 6.

a) Determină distanța inițială dintre mobile.

b) Determină care mobil începe să se miște mai târziu și cu cât.

c) Compară sensurile de deplasare ale mobilelor.

d) Calculează viteza fiecărui mobil în mișcare.

e) La ce distanță se află mobilele la momentele t1 = 2 s și t2 = 5 s? f) Precizează ce eveniment reprezintă punctul de intersecție al celor două grafice și determină momentul și poziția la care se produce el.

17. Un mobil se deplasează pe o traiectorie rectilinie. Viteza lui variază în timp conform graficului din figura 7.

a) Pentru fiecare porțiune a graficului precizează cum variază viteza și specifică ce fel de mișcarea re mobilul.

Figura 7 v (m/s) t (s)
0 5 10
5
Figura 6
1
2 x (m) t (s)
0 5
10
138 b) Calculează viteza medie pentru fiecare porțiune din grafic.

c) Calculează distanța parcursă de mobil pentru fiecare porțiune din grafic.

d) Calculează accelerația mobilului pentru fiecare porțiune din grafic.

e) Calculează distanța totală parcursă de mobil.

f) Calculează viteza medie a mobilului corespunzătoare celor 10 s de mișcare.

18. În anul 2000, la Jocurile Olimpice de la Sydney, atleta Gabriela Szabo a stabilit cel mai bun timp în proba feminină de 5000 de metri. Atunci ea a devenit campioană olimpică cu timpul de
14 min 40,79 s. Știind că ea a trecut linia de sosire la ora 13 și 10 minute, determină:
a) la ce oră s-a dat startul. b) viteza medie cu care s-a deplasat Gabriela Szabo în timpul cursei.

19. Un autoturism parcurge dus-întors drumul dintre două localități A și B aflate la distanța de
139,65 km cu viteză constantă. El pleacă din A la 6 h 32 min 50 s și revine la ora 11 h 43 min 10 s. În momentul în care autoturismul a ajuns în B se întoarce spre A fără să staționeze.

a) Realizează graficul mișcării autoturismului.

b) Calculează viteza autoturismului, exprimată în km/h.

20. Un biciclist a parcurs o anumită distanță în 4 minute deplasându-se cu viteza constantă de
18 m/s, iar altul a parcurs aceeași distanță în 9 min.

Calculează viteza celui de al doilea biciclist.

21. Un tren compus din 10 vagoane trece peste un pod cu lungimea de un kilometru. Trenul se deplasează cu viteza de 72 km/h. Lungimea fiecărui vagon și a locomotivei este de 20 m.

Calculează timpul în care trenul trece podul.

22. Două mobile trec simultan prin localitățile A și B deplasându-se în același sens cu vitezele constante v1 = 72 km/h și respectiv v2 = 30 m/s. Distanța dintre cele două localități este de 54 km.

a) După cât timp, față de momentul trecerii prin cele două localități, se întâlnesc mobilele? b) Ce distanță a parcurs primul mobil până la întâlnire? c) Reprezintă grafic mișcările celor două mobile pe aceeași diagramă.

23. Prin dreptul indicatoarelor de ieșire din București și Ploiești trec simultan două autobuze care se deplasează cu viteză constantă unul spre celălalt. Primul are viteza v1 = 60 km/h, iar al doilea v2 = 40 km/h.

Distanța dintre cele două indicatoare este de 60 km.

a) După cât timp se întâlnesc autobuzele? b) La ce distanță de ieșirea din București se întâlnesc autobuzele? c) Reprezintă grafic mișcările celor două autobuze pe aceeași diagramă.

24. Două mobile trec printr-un anumit punct de pe șosea la un interval de o oră cu vitezele constante de 6 km/h și respectiv 7 km/h, în același sens.

a) După cât timp se întâlnesc acestea față de momentul trecerii primului mobil prin punctul considerat? b) La ce distanță se întâlnesc față de punctul considerat? c) Reprezintă grafic mișcările celor două mobile pe aceeași diagramă.

25. Pe o șosea rectilinie, un biciclist trece la un moment dat prin dreptul bornei kilometrice A cu viteza de 12 km/h, deplasându-se spre borna B. Un al doilea biciclist merge pe aceeași șosea cu viteza de
18 km/h, deplasându-se spre A. El trece prin dreptul bornei kilometrice B cu 2 h înainte ca primul să treacă prin A. Distanța dintre cele două borne kilometrice A și B este de 120 km.

a) După cât timp, față de momentul trecerii prin A, se întâlnesc cei doi bicicliști? b) La ce distanță față de A se întâlnesc bicicliștii? c) Reprezintă grafic mișcările celor doi bicicliști pe aceeași diagramă.

26. Un tren se deplasează cu viteza constantă de 90 km/h trecând printr-un punct A aflat la 500 m de stația S. Cu 20 s înainte de stație, mecanicul acționează frâna și trenul se oprește în stație.
139
Calculează:
a) accelerația cu care a frânat trenul. b) viteza medie a trenului pe porțiunea de frânare. c) la ce distanță de stație mecanicul a acționat frâna trenului. d) în cât timp trenul a parcurs distanța AS.

27. Calculează masa de ulei necesară pentru a umple o sticlă în care încap 2 kg de apă (folosește tabelul cu densitățile substanțelor).

28. O balanță este echilibrată atunci când pe un taler se pune un corp din sticlă, iar pe celălalt taler se pune un corp din cauciuc.

Folosind tabelul cu densitățile substanțelor, determină raportul dintre volumul corpului din sticlă și volumul corpului din cauciuc.

29. Nivelul apei dintr-un cilindru gradat se află în dreptul diviziunii 120 centimetri cubi..
Prin introducerea unui corp cu masa de 62,4 g, nivelul apei a urcat până în dreptul diviziunii 128 centimetri cubi..

Calculează densitatea substanței din care este făcut corpul și identifică această substanță.

30. Un aliaj conține 125 g aur și 25 g cupru.

Folosind tabelul cu densitățile substanțelor determină densitatea aliajului.

31. Se amestecă un Litri alcool cu 0,25 Litri apă.

Folosind tabelul cu densitățile substanțelor determină densitatea lichidului obținut.

32. Găsește expresia matematică pentru densitatea unui amestec format din mase egale din lichide diferite, de densități r1 și respectiv r2.

33. Într-un vas, se află un lichid cu densitatea r1 și volumul V1. După adăugarea unui lichid cu densitatea de k ori mai mare, volumul final al amestecului a crescut de N ori față de volumul inițial.

Găsește expresia pentru densitatea și masa amestecului în funcție de următoarele mărimi fizice considerate cunoscute: r1, V1, k, și N.

34. Calculează greutatea unui corp de formă paralelipipedică cu lungimea de 10 centimetri, lățimea de 5 centimetri și înălțimea de 2 centimetri știind că este confecționat dintr-un material cu densitatea de 0,02 grame pe centimetri cubi.
(g = 10 N/kg).

35. Un cub din aluminiu are greutatea de 211 680 N.

Folosind tabelul cu densitățile substanțelor calculează latura cubului (g = 9,8 N/kg).

36. Un vas plin cu lichid cântărește 172,8 kg, ceea ce reprezintă de 6 ori masa vasului gol. Volumul interior al vasului este 0,18 kL (g = 10 N/kg).

Calculează:
a) densitatea lichidului. b) greutatea lichidului.

37. Un corp cu masa de 5 kg este tras vertical în sus cu o forță de 80 N (g = 10 N/kg).

a) Reprezintă forțele care acționează asupra corpului.

b) Precizează starea mecanică a corpului.

38. Un corp cu masa de 30 kg este tras, cu viteză constantă, pe o suprafață orizontală. Forța de frecare reprezintă 15% din greutatea corpului.

a) Reprezintă forțele care acționează asupra corpului pe direcția orizontală.

b) Calculează forța de tracțiune ce acționează asupra corpului.

39. Un corp cu masa de 2 kg se deplasează uniform pe o suprafață orizontală sub acțiunea unei forțe orizontale de 4 N (g = 10 N/kg).

a) Reprezintă forțele orizontale care acționează asupra corpului.

b) Calculează ce fracțiune din greutatea corpului reprezintă forța de frecare.
140
40. Un resort se alungește cu 4 centimetri atunci când asupra capătului său acționează o forță de 2 N.

a) Reprezintă forțele care acționează asupra capătului resortului.

b) Calculează constanta elastică a resortului.

41. Un corp cu masa de 100 g este atârnat de un resort și, atunci când deformarea resortului este de
5 centimetri, corpul rămâne în repaus (g = 10 N/kg).

a) Reprezintă forțele care acționează asupra corpului.

b) Calculează constanta elastică a resortului.

42. Un resort are constanta elastică de 200 N/m, iar lungimea resortului nedeformat este de 10 centimetri.

De resort se agață un corp cu masa de 400 g.

Determină lungimea resortului atunci când corpul rămâne în repaus (g = 10 N/kg).

43. Bila cu masa de 200 g este suspendată prin intermediul a două resorturi de constante elastice k1 = 100 N/m și k2 = 150 N/m (figura 8). Bila este în echilibru atunci când resortul 1 este alungit cu 0,5 centimetri.

a) Calculează greutatea bilei (g = 10 N/kg).

b) Calculează forța elastică din primul resort.

c) Calculează deformarea celui de al doilea resort, precizând sensul ei.

d) Reprezintă forțele care acționează asupra bilei.

44. Un cub din oțel (vezi tabelul cu densități) cu latura de un decimetri. este legat de un resort, iar atunci când este în repaus, produce o alungire de 7,8 centimetri. Dacă de același resort se atârnă un alt cub cu latura de 2 decimetri, alungirea resortului este de 21,6 centimetri atunci când cubul este în repaus.

a) Reprezintă forțele care acționează asupra fiecărui cub în parte.

b) Calculează constanta elastică a resortului.

c) Calculează greutatea celui de al doilea cub.

d) Calculează densitatea materialului din care este confecționat al doilea cub.

Figura 8
141
Răspunsuri
Mişcarea rectilinie uniformă
Pag. 40. 1) v = 54 km/h = 15 m/s. 2) v = 72 km/h = 20 m/s. 3) d = 36 km. 4) Dt = 20 min.
5) a) Dt = 200 min. b) v = 1,2 km pe minut = 20 m/s. 6) a) d = 81 km. b) Dt = o oră 30 min. c) v = 54 km/h.

Mișcarea accelerată.
Pag. 48. 4) 6 m/s la pătrat..
. 5) 0,5 m/s la pătrat
. 6) 5 s. 7) 30 m/s.

Mișcare și repaus
Pag. 50. 13) a) fals. b) fals. c) adevărat. d) adevărat. e) fals. f) fals. g) adevărat. h) fals. i) adevărat.
16) 11,1 m/s la pătrat.
. 17) 98,1 m/s. 18) 86,4 km/h.

Inerție, masă, densitate
Pag. 56. 8) a) fals. b) adevărat. c) fals. d) adevărat. e) adevărat. f) fals. 11) 353,98 centimetri cubi..

Pag. 57. 12) 7 800 kg/m cub.
= 7,8 grame pe centimetri cubi.
, oțel. 13) 1,356 g.

Fenomene termice
Pag. 73. 1) a) (0°C – 100°C), (300K – 400K), (–100°C – 100°C). b) 400K. – 100°C. c) 80°C, 335K, 50°C. 2) a) 100°C. b) 280K. 3) a) Dt = DT Þ DT = 5K. b) 5K.

Aplicații. Pag. 74. 1) a) 1063°C. b) Oxigenul. c) –219°C, –39°C, 0°C, 660°C, 960,5°C, 1063°C. d) T = t + T0 = – 39 + 273 = 234 K.

Pag. 74¸75. 2) a) 98,29K, 290K, 298K, 303K, 309,8K, 4100K. b) suprafaţa Soarelui. suprafaţa lui
Titan. c) tfluture = 37°C. Tfluture = 310K. d) 12,8°C. e) tfluture = T – T0 = 303 – 273 = 30°C. tom – tfluture =
= 36,8 – 30 = 6,8°C. Tom – Tfluture = 6,8K. 3) 258K, 290K, 73K, 310K. 4) 273°C, 288°C, 473°C, 286°C.
5) a) 1°C = 1,8°F. b) t(°F) = t(°C) ori 1,8 + 32. c) – 40°C sau – 40°F. 6) 1 1,15 corect = gresit o o 40 corect t C = o .
7) a) 6000°C, 1200°C, 462°C, – 87°C, –216°C. b) D = T K 32,8 . c) 0,00000000005
273,15 p = =
= 0,00000000018% . d) 5500000000000
1420000000000000000000000000000000 = 0,000000000000000000387%. e) lichidă şi gazoasă. f) da. tardigrada trăieşte şi la t = – 273°C.

Pag. 81¸82. 4. Indicaţii: a) Ştim că atunci când radiaţia termică (deci şi cea solară) întâlneşte un corp, energia transportată de ea se transformă (total sau parţial) în căldură. astfel, radiaţia solară furnizează căldura necesară, de exemplu, evaporării apei din râuri şi formării vaporilor. Datorită gravitaţiei, precipitaţiile cad pe Pământ. b) solidă (de exemplu, zăpada), lichidă (în apele de la suprafaţă şi picăturile de ploaie, gazoasă (de exemplu, în vaporii proveniţi din transpiraţia plantelor). c) de exemplu, ploaie şi ninsoare. d) de exemplu, transpiraţia plantelor. e) evaporare. 5) a) t = 1538°C. b) solidă. c) 20 s. d) 45 s. e) cedare de căldură.

Pag. 83. 3) a. 4) a) se contractă cu 2,04 centimetri. b) se dilată cu 4,08 centimetri.

Pag. 84. 6) a) 100°C. b) lichidă. c) fie în stare gazoasă, fie în stare lichidă şi gazoasă.
142
Fenomene electrice și magnetice
Pag. 96. 5) 1360 m.

Fenomene optice
Pag. 120. 2) 5 centimetri. 3) 3 m. 7) Oameni de știință: Vertical – 1. Epicur. 2. Aristotel. 5. Newton.

Orizontal – 3. Pitagora. 4. Huygens. 6. Democrit.

Pag. 121. 7) Lumina: Vertical – 1. Surse de lumină. 2. Umbra. 3. Fascicul de lumină. 5. Opace.

Orizontal – 4. Transparente. 6. Raza de lumină. 7. Eclipsa totală de Lună. 8. Lumina.

Pag. 122. 1) 144000000 km. 2) 1,35 s. 3) 9460800000000 km. 4) 200000000 m/s. 6) Vertical –
1. ROGVAIV. 2. Corpuri luminate. Orizontal – 3. Indicele de refracție. 4. Viteza luminii.

Pag. 128. 2) Vertical – 1. Oglinda concavă. 2. Reflexie. 3. Oglinda convexă. Orizontal – 4. Unghiul de incidență. 5. Oglinda.

Pag. 133. 5) Vertical – 1. Oglinzile. 2. Refracție. Orizontal – 3. Lentile. 4. Reflexia.

Recapitulare finală: pag. 135¸140.

1) 1560 centimetri pătraţi
. 2) 58,56 m pătraţi
. 566,44 m pătraţi
. 3) 380 plăci. 4) 1,5 m. 5) 12000 centimetri pătraţi.
. 6) 13,5 centimetri.
7) 324 centimetri cubi.
, 316 centimetri cubi.
. 8) a) Dt = 3 h 50 min. b) d = 161 km. 9) a) Dt = 200 min. b) v = 72 km/h = 20 m/s.
10) a) v = 1,2 km pe minut.. b) d = 6 km. c) x2 = 44 km. 11) a) Dt = 30 min. b) t2 = 11 h 30 min. 12) vmedie =
= 60 km/h. 13) vmedie = 40 km/h. 18) a) 12 h 55 min 19,21 s. b) aproximativ 5,6767 m/s. 19) 54 km/h.
20) 8 m/s. 21) un minut 12 s. 22) a) 1,5 h. b) 108 km. 23) a) 36 min. b) 36 km. 24) a) 7 h. b) 42 km.
25) a) 2,8 h. b) 33,6 km. 26) a) 1,25 m/s 2. b) 12,5 m/s. c) 250 m. d) 30 s. 27) 1,6 kg. 28) 0,48.
29) 7800 kg/m cub.
, oțel. 30) 16181 kg/m cub.
. 31) 832 kg/m cub.
. 32) 1 2
1 2
2r r r = r + r
. 33) 1 1 k(N 1)]
N r+ - é
ë r = și m = r1 ori V1 ori [1 + k(N – 1)]. 34) 0,02 N. 35) 2 m. 36) 800 kg/m cub.
. 1440 N. 37) corpul se deplasează accelerat, vertical în sus. 38) 45 N. 39) 20%. 40) 50 N/m. 41) 20 N/m. 42) 12 centimetri. 43) 2 N. 0,5 N, un centimetri resort comprimat. 44) 1000 N/m. 216 N. 2700 kg/m cub.

143
BBiibblliiooggrraaffiiee
Alfa Vega – Modul de fenomene termice şi superficiale (Trusa elevului/profesorului – liceu/gimnaziu).

Anexa nr. 2 la Ordinul Ministrului Educației Naționale nr. 3393/28.02.2017, Ministerul Educației
Naționale, Programa școlară pentru disciplina fizică, clasele a 6-a – VIII-a, http://programe.ise.ro/
Portals/1/Curriculum/2017-progr/25-Fizica.pdf
Berkeley University, Curs de fizică
Bunget, I (coordonator), Burlacu, L.,Ciobotaru, D., Costescu, A., Florescu, V., Georgescu, L., Rusu, M., Compendiu de fizică, Editura științifică, București
Bostan, C.G., 2012, Fizica în contextul transdisciplinar, Sigma, Bucureşti
Bostan, C.G., Perjoiu R., Stoica I., Țura, M. M., 2018, Ghid metodologic al aplicării noului curriculum la disciplina fizică, București
Clark, C., Enescu, G., Grindei, I., Fizică. Manual pentru clasa a 6-a, Ed. ALL, București
Comisia Naţională a României pentru UNESCO, Standarde de competenţă în domeniul TIC pentru cadrele didactice, 2008, (SCCD-TIC) Module de standarde de competenţă, UNESCO
Corega C., Haralamb D., Talpalaru S.,1999, Fizică, manual pentru clasa a 6-a, Ed. Teora
Corega, C., Talpalaru, S., Haralamb, D., Fizică. Clasa a 6-a. Culegere de probleme, Ed. Teora
Epstein , L.C., 2005, Gândiți fizica!, Ed. All, București
Luca, R., 2005, Învățăm fizica rezolvând probleme, Ed. Polirom, Iași
Manda, D., Stamate, M., Fălie, C., Ştefan, T., 1988, Fizică – Manual pentru clasa a 6-a, Editura
Didactică și Pedagogică
Măceşanu F., 2000, Fizică, Probleme şi teste pentru gimnaziu, Ed. Corint, București
MEC, Consiliul Naţional pentru Curriculum, 2001, Ghid metodologic pentru aplicarea programei de fizică – Clasele a 6-a – a VIII-a, Bucureşti
Moisil, G. C., 1988, Termodinamica, Ed. Academiei, Bucureşti
Physique-Chimie au College, Chapitre V – Mouvements et vitesse, http://pccollege.fr/cycle-4/cycle-4- classe-de-4eme/chapitre-v-mouvements-et-vitesse/
PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu
Sandu, M., Nichita, E., Ştefan, T., 1982, Probleme de fizică pentru gimnaziu, Editura Didactică și
Pedagogică
144
Stoica, I., 2015, MODERN METHODS OF INTRODUCING BASIC PHYSICS CONCEPTS:
The coordinates and the GPS, Proceedings of Open Discovery Space Conference, Athens
Talpalaru, S., Corega, C., Haralamb, A., 2009, Fizica. Caietul elevului pentru clasa a 6-a, Ed. Teora, București
Turcitu, D., Panaghianu, M., Pop, V., Negoescu, G., 2008, Fizică clasa a 6-a, Ed. Radical, Craiova
Turcitu, D., Pop, V., Panaghianu, M., 2008, Fizica – culegere de probleme, clasa a 6-a, Ed. Radical, Craiova
Țura, M.M., 2008, Fizică. Fișe de lucru clasa a 6-a, Editura PIM, Iași
The coordinates and the GPS, Proceedings of Open Discovery Space Conference, Athens, https://wmap.gsfc.nasa.gov/
Wilson, J.D., Buffa, A.J., Lou, B., 2007, College Physics, Sixth Edition, Pearson International Edition, Pearson Education International, Pearson Prentice Hall