الخصائص الفزيائيه للماده
الدرس الأول
الخصائص الفيزيائية للمادة
أنظر وأتساءل
تطفو السفن الضخمة فوق سطح الماء، بينما ينغمر مسمار فولاذي صغير في الماء. ما الذي يجعل بعض المواد تطفو، وبعضها الآخر ينغمر؟
أستكشف
ما كثافة الماء؟
أكون فرضية
هل تعتمد كثافة الماء على كميته؟ إذا تغيرت كمية الماء، فهل تتغير كثافته؟ أكتب جوابي في صورة فرضية كالآتي:
"إذا تغيرت كمية الماء فإن كثافة الماء ..."
أحتاج إلى:
ميزان ذي كفتين
كتل معيارية
كأس معيارية شفافة
ماء
مخبار مدرج
أختبر فرضيتي
- أقيس كتلة الوعاء الشفاف الجاف، ثم أصب ماء في المخبار المدرج ليصل التدريج 25 مل، وأقيس كمية الماء بدقة أضع المخبار المدرج أمام عيني على مستوى أفقي بحيث تكون قاعدة تقعر سطح الماء عند مستوى نظري، ويجب أن يكون مستوى قاعدة التقعر عند التدريج 25 مل. أسكب الماء في الوعاء الشفاف، وأقيس كتلة الماء والوعاء معًا.
- أسجل كتلة الوعاء فارغًا، ثم كتلة الوعاء والماء معًا.
- أستخدم الأرقام. أحدد كتلة الماء عن طريق طرح كتلة الوعاء الفارغ من الكتلة الكلية للوعاء والماء، وأسجل النتائج.
- أستخدم الأرقام. أحدد كثافة الماء. وكثافة المادة هي كتلة المادة في حجم معين. أقسم كتلة الماء بالجرامات على حجم الماء بالمليلترات، وأقرب الإجابة إلى أقرب منزلة عشرية.
- أكرر الخطوات من 1 - 4 ثلاث مرات، وأستخدم 50 مل، و75 مل، و100 مل من الماء في كل مرة.
- أتواصل. أمثل النتائج التي حصلت عليها في رسم بياني خطي، بحيث يمثل المحور الأفقي الحجم، والمحور الرأسي الكتلة.
أستخلص النتائج
- أفسر البيانات. هل تتغير كثافة الماء مع تغير كتلته؟
أستكشف أكثر
هل هذه العلاقة صحيحة وتنطبق على سوائل أخرى؟ أكرر هذا النشاط مستخدمًا الزيت. هل يصح هذا في الأجسام الصلبة؟
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
كيف نصف خصائص المادة، وكيف نقيسها؟
المفردات
الكتلة
الوزن
الحجم
الصلب
السائل
الغاز
الكثافة
الخصائص الفيزيائية
الموصلات
العوازل
مهارة القراءة
الاستنتاج
الأدلة | ماذا أعرف؟ | ماذا أستنتج؟
ما المادة؟ وكيف يمكن قياسها؟
الكأس والماء والهواء جميعها مواد، والمادة كل شيء له كتلة وحجم. والكتلة هي مقدار ما في الجسم من مادة، وكتلة أي جسم لا تتغير. يستخدم العلماء الميزان لقياس كتلة جسم، مقارنة بكتل معيارية، وعادة تقاس الكتلة بوحدة أجزاء الجرام أو الكيلوجرام، 1 كجم = 1000 جم.
أما الوزن فهو قياس مقدار جذب الأرض للجسم. فلو حاولت الإمساك بكرة فلزية بيدك وكرة مشابهة لها بيدك الأخرى فإنك تشعر أنهما مختلفتان، إنما هو وزن الجسمين. يختلف وزن الأشياء بحسب المكان. القمر والكواكب المختلفة أوزانها على القمر أقل من وزنها على الأرض، لأن قوة جاذبية القمر لجسم أقل من قوة جاذبية الأرض، ويعود ذلك إلى أن كتلة القمر أقل من كتلة الأرض. تستخدم الميزان النابضي لقياس أوزان الأجسام، ويقاس الوزن بوحدات تسمى النيوتن، 1 نيوتن = قوة جذب الأرض لكتلة مقدارها 100 جم تقريبًا.
والحجم الحيز الذي يشغله الجسم. ويمكن قياس حجم السائل عن طريق صب السائل في مخبار مدرج، وقراءة التدريج الذي يصل إليه مستوى السائل. ويقاس حجم السائل عادة باللتر، 1000 مل = 1 لتر. ويقاس حجم الجسم الصلب بوحدات تسمى السنتيمتر المكعب «سم³». و1 سم³ يساوي حجم مكعب طوله 1 سم وعرضه 1 سم وارتفاعه 1 سم. و1 سم³ يساوي 1 مللتر.
حساب الحجم
حجم «ح» = الطول «ل» × العرض «ض» × الارتفاع «ع»
حجم «ح» = يساوي كمية الماء التي يزيحها الجسم.
حساب الحجم
يمكنني بسهولة حساب حجم جسم منتظم مثل متوازي مستطيلات صلب؛ وذلك عن طريق ضرب طوله «ل» في عرضه «ض» في ارتفاعه «ع»: ل × ض × ع. ومع ذلك هناك أجسام غير منتظمة الشكل، ولا يمكن قياس أبعادها بسهولة باستخدام المسطرة. ولقياس حجم جسم غير منتظم يتم غمره تمامًا في ماء موضوع في مخبار مدرج، وقياس التغير في ارتفاع الماء حيث إن مقدار ارتفاع الماء المزاح بالمللترات يشير إلى حجم الجسم بالسنتيمترات المكعبة.
حالات المادة
للمادة ثلاث حالات شائعة، هي: الصلبة، والسائلة، والغازية. ولكل حالة من هذه الحالات صفاتها المميزة.
فالأجسام الصلبة لها شكل محدد، وتشغل حيزًا محددًا، بغض النظر عن شكل وحجم الوعاء الذي توجد فيه. تكون حركة دقائق المادة في الحالة الصلبة محدودة جدًا، فهي تهتز في مكانها. ويتغير شكل المادة الصلبة وحجمها فقط عند تسخينها أو تقطيعها. وتعد الحالة الصلبة الحالة الأكثر كثافة للمادة، باستثناء الماء.
أما السوائل فليس لها شكل محدد، وتأخذ شكل الحيز الذي توضع فيه. والجزيئات في السوائل بعضها متباعد عن بعض، وتتحرك بحرية أكبر مما في المواد الصلبة، ولكنها أقل مما في الغازات، ويرجع ذلك إلى أن جزيئات السوائل لديها طاقة أعلى قليلًا من طاقة جزيئات المواد الصلبة، وأقل من طاقة جزيئات الغاز. وتزداد كثافة السائل عند تحويله إلى الحالة الصلبة. ويشذ عن هذه القاعدة الماء الذي يصبح أقل كثافة عندما يتجمد.
والغازات ليس لها شكل محدد، وتشغل أي حيز توضع فيه، وجزيئاتها في حركة مستمرة، وتنتشر في كل اتجاه. المادة في الحالة الغازية هي الأقل تماسكًا وكثافة بين حالات المادة الثلاث.
أختبر نفسي
أستنتج. غطس جسم في 5 مللترات من الماء، وارتفع الماء إلى تدريج 8 مللترات، فما حجم الجسم؟
التفكير الناقد. ما الفرق بين الكتلة والوزن؟
الجزيئات في جسم صلب، وسائل، وغاز
تكون الجزيئات في الجسم الصلب أكثر تراصًا، وكلما زادت كمية المادة تبدأ الجزيئات في التحرك والتباعد، وتشغل حيزًا أكبر.
غاز
سائل
صلب
ما الكثافة؟ وما الطفو؟
إذا كان صندوق كبير مغطى بغطاء علوي فارغًا، فإن حجم هذا الصندوق كبير، ولكن كتلته صغيرة. فإذا وضعت عددًا من الكرات المعدنية في الصندوق فإن كتلته تزداد ويبقى حجمه ثابتًا. وكلما أضيفت كرات أكثر حصلت على زيادة كثافة الصندوق. الكثافة هي قياس مقدار الكتلة في حجم معين.
وتقاس الكثافة بالجرامات في كل سنتيمتر مكعب «جم/سم³». ومن ذلك كثافة الماء 1 جم/سم³؛ ولإيجاد كثافة جسم صلب أقسم كتلة الجسم بالجرامات على حجمه بالسنتيمترات المكعبة.
الكثافة = الكتلة ÷ الحجم
ويمكن لجسمين لهما الحجم نفسه أن تكون كثافتهما مختلفة. افترض أن صندوقين في الحجم نفسه، أحدهما مملوء بالريش، والآخر مملوء بالحديد. أيهما تكون كثافته أكبر؟ صندوق الحديد؛ لأنه يحوي كتلة أكبر في حيز مماثل لمحتوى الريش.
ويطفو الجسم إذا كان أقل كثافة من السائل أو الغاز الذي يوضع فيه، ويغرق إذا كان أكثر كثافة منها. ويمكن أن تطفو سفينة مصنوعة من الفولاذ في الماء رغم أن كثافة الفولاذ أعلى من كثافة الماء، لأن هيكل السفينة وحجرتها مملوءة بالهواء، ويجعل الهواء الكثافة الكلية للسفينة أقل من كثافة الماء، مما يجعلها تطفو على سطحه. قال تعالى:
﴿ أَلَمْ تَرَ أَنَّ الْفُلْكَ تَجْرِي فِي الْبَحْرِ بِنِعْمَتِ اللَّهِ لِيُرِيَكُمْ مِنْ آيَاتِهِ إِنَّ فِي ذَٰلِكَ لَآيَاتٍ لِكُلِّ صَبَّارٍ شَكُورٍ ﴾
[لقمان].
كثافة بعض المواد الشائعة
| المادة | الكثافة جم/سم³ |
| -------- | -------------: |
| الهيليوم | 0.000175 |
| الهواء | 0.0013 |
| الريش | 0.0025 |
| الجليد | 0.92 |
| الماء | 1 |
| الجلسرين | 1.261 |
| الفولاذ | 7.8 |
قوة الطفو
يصف الطفو قدرة جسم على مقاومة الانغمار في مائع، والمائع سائل أو غاز. وتنشأ قوة الطفو لأن الجسم في أثناء الانغمار يبعد المائع عن طريقه ليحل مكانه. وفي الوقت نفسه يدفع المائع الجسم إلى أعلى. فكيف ينغمر الجسم؟ وكيف يطفو؟
يمكن تفسير طفو الجسم أو انغماره بحسب مبدأ أرخميدس، وينص على أن قوة الطفو تساوي وزن المائع المزاح. فإذا كانت قوة الطفو أكبر من وزن الجسم فإن الجسم يطفو، ومثال ذلك: تدفع قوة الطفو مكعب الجليد إلى أعلى في اتجاه سطح الماء في كأس زجاجية؛ لأن قوة الطفو أكبر من وزن مكعب الجليد.
ويفسر مبدأ أرخميدس لماذا تطفو السفن في الماء والبالونات في الهواء. إذن الطفو يعتمد على الكثافة. ولذلك يمكن جعل أي شيء يطفو أو ينغمر إذا غيرت كتلته أو حجمه بحيث تتغير كثافته.
يعتمد الطفو أيضًا على شكل الجسم. فإذا وضعت قطعة الألومنيوم في الماء فإنها ستنغمر، لكن إذا صنعنا من القطعة نفسها علبة من الألومنيوم فإن العلبة يمكن أن تطفو. لماذا؟ لأن علبة الألومنيوم تحتوي على هواء، وذلك يعني أن كثافتها أقل من كثافة الماء، فتطفو.
كثير من السوائل لها خاصية تساعد على الطفو تسمى التوتر السطحي. تنشأ هذه الخاصية عن انجذاب أجزاء السائل بعضها نحو بعض، لتشكل ما يشبه غشاء فوق سطح السائل، يحد من انغمار الأجسام في السائل.
تطفو بالونات الهيليوم بحرية في الهواء؛ لأن كثافة الهيليوم أقل من كثافة الهواء.
أقرأ الصورة
كيف يساعد الهواء داخل هذه السفينة المصنوعة من الفولاذ على طفوها؟
إرشاد: أي المواد كثافتها أقل: الهواء أم الماء؟
نشاط
تأثير الكثافة
- أتوقع. ماذا يحدث إذا سكبت ماء وجلسرين تتخللهما صبغة طعام، وزيت ذرة في مخبار مدرج دون أن أمزجها معًا؟
- أقيس. أضيف صبغة ملونة زرقاء إلى 20 مل من الماء، وأسكب الماء في مخبار مدرج سعته 100 مل.
- ألاحظ. أسكب ببطء 20 مل من زيت الذرة في المخبار المدرج، ثم 20 مل من الجلسرين، ثم 20 مل من زيت الأطفال. أصف ما يحدث لكل مادة في المخبار المدرج.
- أتواصل. أرسم مخططًا يبين المخبار المدرج والمواد فيه، وأكتب أسماءها.
- أستنتج. علام يدل المخطط بشأن كثافة كل مادة؟
- أتوقع. لو وضعت زر قميص في المخبار المدرج فأين يستقر؟ وأين تستقر كذلك قطعة فلين وقطعة نقد معدنية؟
أختبر نفسي
أستنتج. كيف تؤثر الكثافة في قدرة الجسم على الطفو؟
التفكير الناقد. كيف يمكن لجسم كتلته صغيرة أن يكون أعلى كثافة من جسم كتلته كبيرة؟
ما الخصائص الفيزيائية؟
الخصائص الفيزيائية لمادة هي صفات يمكن ملاحظتها دون أن تغير في طبيعة المادة، وتساعد هذه الخصائص على تمييز المواد بعضها من بعض. ومن الخصائص الفيزيائية الكثافة واللون والقساوة والمغناطيسية ودرجة الغليان والملمس وقابلية الطرق، والموصلية.
الموصلات والعوازل
الموصلية صفة فيزيائية تصف قدرة المادة على توصيل الحرارة والكهرباء. وتختلف انتقال الحرارة والكهرباء في الموصلات عنه في العوازل.
الموصلات: فلزات تسمح بانتقال الكهرباء والحرارة فيها بسهولة، ومنها: الألومنيوم والنحاس والذهب والفضة. ويعد النحاس موصلًا جيدًا، لذا يستخدم غالبًا في الدوائر الكهربائية.
العوازل: لافلزات تقاوم انتقال الكهرباء والحرارة من خلالها، ومنها: الزجاج والمطاط والبلاستيك.
أختبر نفسي
أستنتج. كيف يساعد إنتاج أنواع جديدة من البلاستيك على تشجيع اختراعات جديدة وابتكارات؟
التفكير الناقد. أصف الأنواع المختلفة من الملابس الواقية التي يرتديها العاملون في المهن التي تتطلب استخدام الكهرباء والحرارة.
الخصائص الفيزيائية
يستخدم الانصهار في قص الصخر.
يسري التيار الكهربائي في أسلاك موصلة.
أقرأ الصورة
ما الخصائص الفيزيائية للأجسام الظاهرة في الصور أعلاه؟
إرشاد: ابحث عن صفات تساعدني على تحديد طبيعة الأجسام.
مراجعة الدرس
ملخص مصور
يمكن قياس المادة بكتلتها، أو حجمها، أو وزنها.
تقيس كثافة جسم ما مقدار كتلته التي تشغل حيزًا معينًا.
الخصائص الفيزيائية ومنها الكثافة والقساوة والرائحة والمغناطيسية والموصلية تساعد على تصنيف المواد المختلفة.
المطويات
أنظم أفكاري
أعمل مطوية ثلاثية، وأكمل العبارات فيها، ثم أضيف تفاصيل أخرى حول الخصائص الفيزيائية.
أفكر وأتحدث وأكتب
- المفردات. يمكن حساب كثافة جسم باستخدام ............... و ................
- أستنتج. كيف يساعد تسخين هواء بالون على طفو الهواء؟
- التفكير الناقد. أصمم تجربة أحدد فيها ما إذا كان جسم ما مصنوعًا من ذهب خالص يمكنني حساب كثافته. «علمًا بأن كثافة الذهب عند درجة حرارة الغرفة 19.3 جم/سم³».
- أختار الإجابة الصحيحة. أي مما يأتي ليس من الخصائص الفيزيائية للمادة؟
أ. القساوة
ب. درجة الغليان
ج. الكثافة
د. القابلية للاشتعال
- أختار الإجابة الصحيحة. ما الخاصية التي تحدد إمكانية انغمار جسم صلب في سائل؟
أ. الكثافة
ب. الكتلة
ج. اللون
د. الوزن
- السؤال الأساسي. كيف تصف خصائص المادة؟ وكيف نقيسها؟
العلوم والكتابة
الكتابة التوضيحية
ترتفع العوامة إلى سطح المحيط، ثم تغوص في الماء. وضح كيف يحدث هذا؟
العلوم والرياضيات
قياس الكثافة
وضعت قطعة من الصلصال كتلتها 12 جم في مخبار مدرج يحتوي على ماء، ارتفع مستوى الماء من 40 إلى 45 مل. ما كثافة الصلصال؟
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.