جواب مسئله های فصل دوم فیزیک دهم (صفحه ۴۸ تا ۵۲)

در این نوشته با جواب مسئله های فصل دوم فیزیک دهم رشته تجربی و ریاضی همراه شما هستیم.

جواب مسئله های فصل دوم فیزیک دهم

۱- دریافت خود را از شکل‌های ‌زیر بر اساس مفاهیمی که از سه حالت معمول ماده فراگرفته‌اید بیان کنید.

الف) در گازها فاصله بین مولکول‌ها بسیار زیاد و مولکول‌ها نسبت به هم در وضعیت نامنظمی قرار دارند.
ب) در مایعات فاصله بین مولکول‌ها کم و مولکول‌ها به صورت نامنظم در کنار یکدیگر قرار دارند.
پ) در جامدات فاصله بین مولکول‌ها کم و مولکول‌ها به صورت منظمی در کنار هم قرار دارند.

۲- توضیح دهید از سه حالت مختلف ماده در چه بخش‌هایی از یک دوچرخه و به چه دلیلی استفاده شده است.

– از حالت جامد در ساخت بدنه و به دلیل استحکام زیاد استفاده شده است.
– از حالت مایع (روغن) در زنجیر و چرخ‌دنده به جهت روانکاری و کاهش اصطکاک استفاده شده است.
– از حالت گاز در باد لاستیک‌ها به جهت کاهش ضربه وارد شده به بدنه در حین حرکت و کاهش وزن استفاده شده است.

۳- هنگام پاک کردن تختهٔ سیاه، ذرات گچ به طور نامنظم در هوای اطراف پراکنده شده و حرکت می‌کنند. این حرکت نامنظم ذرات گچ، مطابق شکل زیر مدل سازی شده است.

الف) چه عاملی باعث حرکت نامنظم ذره‌های گچ می‌شود؟

برخورد مولکول‌های هوا به ذرات گچ.

ب) مولکول‌های هوا بسیار کوچک‌تر و و سبک‌تر از ذره‌های گچ هستند و توسط میکروسکوپ هم دیده نمی‌شوند. توضیح دهید چگونه این تجربهٔ ساده، شاهدی بر وجود مولکول‌های هواست.

در مولکول‌های هوا جهت و تعداد برخوردهای انجام شده در راستا متفاوت و تندی حرکت مولکول‌ها بسیار زیاد است؛ بنابراین حرکت نامنظمی در ذرات گچ ایجاد می‌شود. اگر مولکول‌های هوا وجود نداشتند، ذرات گچ با شتاب ثابت g در اثر نیروی وزن به سمت زمین سقوط می‌کردند. 

۴- توضیح دهید چرا

الف) پدیدهٔ پخش در گازها، سریع‌تر از مایع‌ها انجام می‌شود. در توضیح خود به چند مثال نیز اشاره کنید.

۱- تندی حرکت مولکول‌های گاز بیشتر از مایعات است.

۲- تراکم مولکول‌های گاز در محیط کمتر است بنابراین حرکت مولکول‌های گاز در محیط  با سهولت بیشتری انجام می‌گیرد. پدیده پخش به دو دلیل بالا در گازها سریع‌تر از مایعات انجام می‌گیرد، مثلاً وقتی گلی خوشبو را به اتاق می‌بریم بوی گل در همه جای اتاق حس می‌شود ولی وقتی مقداری شکر را در آب می‌ریزیم تا زمانی که آن هم نزنیم همه آب به طور کامل شیرین نمی‌شود. 

ب) یک بادکنک پر از باد، حتی اگر دهانهٔ آن نیز کاملاً بسته شده باشد، باز هم رفته رفته کم باد می‌شود.

فاصله‌ی بین مولکول‌های دیواره بادکنک بزرگتر از اندازه مولکول‌های هوا است، بنابراین مولکول‌های هوا می‌توانند با برخورد به دیواره بادکنک از آن عبور کرده و در نتیجه بادکنک رفته‌رفته کم باد می‌شود.

۵- شیشه گران برای چسباندن تکه‌های شیشه به یکدیگر، آنها را آن قدر گرم می‌کنند که نرم شوند. این کار را با توجه به کوتاه بُرد بودن نیروی جاذبهٔ بین مولکولی توضیح دهید.

چون نیروهای بین مولکولی کوتاه‌برد هستند، برای اتصال دو قطعه شیشه‌ای به هم باید مولکول‌های این دو قطعه را در فاصله‌ی مناسبی از هم قرار دهیم تا این نیروها بین مولکول‌های دو قطعه به وجود آید. افزایش حرارت باعث بیشتر شدن جنبش مولکولی می‌شود و در نتیجه مولکول‌های دو قطعه شیشه‌ای می‌توانند در لابه‌لای هم و در فاصله‌ی مناسبی از یکدیگر قرار گرفته تا نیروی جاذبه بین مولکولی سبب اتصال دو قطعه به هم شود.

۶- الف) توضیح دهید چرا وقتی قلم مویی را از آب بیرون می‌کشیم (شکل الف)، موهای آن به هم می‌چسبند. (اشاره: به پدیدهٔ کشش سطحی در مایع‌ها توجه کنید.)

با بیرون کشیدن قلمو از آب چون سطح خارجی با آب پوشیده می‌شود نیروی کشش سطحی که بین مولکول‌های آب وجود دارد این موها را در کنار هم قرار داده و به هم می‌چسبند.

ب) شکل (ب) دو لولهٔ مویین هم جنس را نشان می‌دهد که درون مایعی قرار دارند. چرا ارتفاع مایع درون لولهٔ b از لولهٔ دیگر کمتر است؟ با توجه به شکل، نیروی هم چسبی مایع را با نیروی دگرچسبی مایع و لوله‌های مویین مقایسه کنید.

در لوله­‌های مویین هر قدر قطر لوله بیشتر باشد تغییر ارتفاع مایع در لوله نسبت به سطح مایع ظرف کمتر است. در اینجا چون قطر لوله b بیشتر است، ارتفاع مایع در آن کمتر است. نیروی دگرچسبی بین مولکول­‌های مایع و مولکول­‌های شیشه بیشتر از نیروی هم چسبی بین مولکول­‌های مایع است.

۷- تغییرات اقلیمی سال‌های اخیر در کشورهای غرب ایران، پدیدهٔ خطرناک ریزگردها را به مناطق وسیعی از کشورمان گسترش داده است. چگالی ریزگردها در حالتی که ته نشین شده باشد تقریباً دو برابر چگالی آب است.

الف) چرا بادهای نسبتاً ضعیف قادرند توده‌های بزرگی از ریزگردها را به حرکت درآورند در حالی که توفان‌های شدید دریایی تنها مقدار اندکی آب را به صورت قطره‌های ریز به طرف بالا می‌پاشند؟

نیروی کشش سطحی آب مانع از جدا شدن قطرات ریز آب از سطح آن می‌شود ولی این نیرو در بین ذرات ریزگردها وجود ندارد.

ب) بررسی کنید برای مقابله با این پدیده و مهار آن، چه تدابیری را می‌توان اندیشید.

هر قدر رطوبت سطح زمین بیشتر باشد جدا شدن این ریزگردها از سطح زمین کمتر است؛ بنابراین مقابله با خشکسالی و برداشت‌های بی‌رویه منابع آبی زمین و کاشت گیاهان از جمله عواملی است که می‌تواند رطوبت سطح زمین را حفظ و مانع از چنین پدیده‌هایی شود. 

۸- نوعی ماهی به نام ماهی کمان‌گیر با جمع کردن آب در دهان خود و پرتاب آن به سوی حشراتی که در بیرون از آب، روی گیاهان نشسته‌اند، آنها را شکار می‌کند و می‌خورد (شکل الف). هد‌ف‌گیری آنها به اندازه‌ای دقیق است که معمولاً در این کار اشتباه نمی‌کنند. کدام ویژگی فیزیکی آب این امکان را به ماهی کمان گیر برای شکار می‌دهد؟

نیروی دگر چسبی بین آب و بدن حشره باعث می‌شود تا آب در حین پایین آمدن حشره را نیز با خود به داخل آب بیاورد.

۹- مساحت روزنهٔ خروج بخار آب، روی درب یک زودپز ۴/0mm2 است (شکل زیر). جرم وزنه‌ای که روی این روزنه باید گذاشت چقدر باشد تا فشار داخل آن در ۲/0atm نگه داشته شود؟ فشار بیرون دیگ زودپز را ۱/0atm بگیرید.

۱۰- شکل زیر یک جوسنج سادهٔ جیوه‌ای را نشان می‌دهد. (ضخامت دیوارهٔ شیشه ای را نادیده بگیرید.)

الف) در ناحیهٔ A چه چیزی وجود دارد؟

مقدار بسیار ناچیزی بخار جیوه

ب) چه عاملی جیوه را درون لوله نگه می‌دارد؟

فشار هوای محیط

پ) فشار هوای محیطی که این جوسنج در آنجا قرار دارد چقدر است؟

۱۱- الف) ارتفاع چهار شهر مرتفع ایران از سطح دریا، به شرح زیر است:

فریدون شهر: ۲۶۱۲m
سمیرم: ۲۴۳۴m
بروجن: ۲۲۶۵m
شهرکرد: ۲۰۷۲m

با توجه به نمودار شکل ۲-۱۶-ب، فشار تقریبی هوا را در این چهار شهر بنویسید.

فریدون‌شهر ۷۴kPa ، سمیرم  ۷۶kPa ، بروجن ۷۸kPa ، شهرکرد  ۸۰kPa

ب) چگالی میانگین هوا تا ارتفاع ۳ کیلومتری از سطح دریای آزاد حدود p=1/01 kg/m^۳ است. فشار هوا را در این شهرها حساب کنید و مقادیر به دست آمده را با نتیجه قسمت الف مقایسه کنید.

۱۲- غواص‌ها می‌توانند با قرار دادن یک سر لوله‌ای در دهان خود، در حالی که سر دیگر آن از آب بیرون است، تا عمق بیشینه‌ای در آب فرو روند و نفس بکشند (شکل زیر). با گذشتن از این عمق، اختلاف فشار درون و بیرون ریهٔ غواص افزایش می‌یابد و غواص را ناراحت می‌کند. چون هوای درون ریه از طریق لوله با هوای بیرون ارتباط دارد، فشار هوای درون ریه، همان فشار جو است در حالی که فشار وارد بر قفسهٔ سینهٔ او، همان فشار در عمق آب است. در عمق ۶/۱۵m از سطح آب، اختلاف فشار درون ریهٔ غواص با فشار وارد بر قفسهٔ سینهٔ او چقدر است؟ (خوب است بدانید که غواص‌های مجهز به مخزن هوای فشرده می‌توانند تا عمق بیشتری در آب فرو روند، زیرا فشار هوای درون ریه آنها با افزایش عمق، همپای فشار آب بر سطح بیرونی بدن زیاد می‌شود.)

۱۵- لولهٔ U شکلی را در نظر بگیرید که محتوی حجم مساوی از آب و روغن است (شکل زیر).

چون حجم آب و روغن برابر و سطح مقطع لوله ثابت است، ارتفاع آب روغن برابر است.

۱۶- توضیح دهید چرا نیروی شناوری برای جسمی که در یک شاره قرار دارد رو به بالاست.

برای جسمی که در شاره قرار دارد چون فشار وارد بر سطح پایینی جسم از سوی شاره بیشتر از فشار وارد بر سطح بالایی جسم از طرف شاره است، نیروی خالص رو به بالایی به جسم وارد می‌شود که همان نیروی شناوری است.

۱۷- در لوله‌ای پر از آب مطابق شکل زیر، آب از چپ به راست در جریان است. روی این لوله ۵ قسمت (B ، C ،D ،E و A) نشان داده شده است.

الف) در کدام یک از قسمت‌های لوله، تندی آب، در حال افزایش، در حال کاهش، یا ثابت است؟ لوله با یکدیگر مقایسه کنید.

طبق معادله پیوستگی تندی شاره و سطح مقطع نسبت عکس دارند، بنابراین در محل­‌هایی که سطح مقطع کاهش می­‌یابد تندی افزایش و در محل­‌هایی که سطح مقطع افزایش می­‌یابد تندی جریان آب کاهش می­‌یابد. در محل­‌هایی که سطح مقطع ثابت است، تندی جریان آب نیز ثابت است. بنابراین:
A: تندی ثابت است. B تندی افزایش می­‌یابد. C تندی ثابت است. D تندی کاهش می­‌یابد. E تندی ثابت است.

ب) تندی آب را در قسمت‌های A و E ، C لوله با یکدیگر مقایسه کنید.

۱۸- دو نوار کاغذی به طول تقریبی ۱۰cm را مطابق شکل (الف) به انتهای یک نی نوشابه بچسبانید. وقتی مطابق شکل (ب) به درون نی دمیده می‌شود نوارهای کاغذی به طرف یکدیگر جذب می‌شوند. با توجه به اصل برنولی دلیل این پدیده را توضیح دهید.

با دمیدن در نی تندی هوا در بین کاغذها افزایش و طبق اصل برنولی فشار هوا در بین آنها کاهش می‌یابد. در نتیجه فشار هوای خارج باعث نزدیک‌تر شدن نوارهای کاغذی به یکدیگر می‌شود.

۱۹- شکل زیر کاربراتور یک موتور بنزینی قدیمی را نشان می‌دهد. حجم هوایی که وارد کاربراتور می‌شود توسط دریچهٔ پروانه‌ای که به سیم گاز خودرو وصل شده، قابل تنظیم است. با توجه به کاربرد اصل برنولی در ساختمان یک کاربراتور، توضیح دهید چرا با فشردن بیشتر پدال گاز، دور موتور خودرو افزایش می‌یابد و خودرو می‌تواند سریع‌تر حرکت کند.

با فشردن پدال گاز، دریچه پروانه‌ای باز و هوا به داخل کشیده می‌شود. در قسمت میانی لوله چون سطح مقطع کاهش می‌یابد طبق معادله پیوستگی تندی جریان هوا افزایش و در نتیجه طبق اصل برنولی فشار هوا کاهش می‌یابد. اختلاف فشار ایجاد شده بین مخزن سوخت و قسمت میانی لوله باعث انتقال سوخت به لوله می‌شود. هر قدر پدال بیشتر فشرده شود اختلاف فشار بیشتری ایجاد شود و سوخت بیشتری وارد و دور موتور افزایش می‌یابد.