Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

Obserwacja jest podstawowym sposobem poznawania przyrody. Dzięki naszym zmysłom (wzrok, słuch, smak, węch i dotyk) widzimy, słyszymy i czujemy wszystko, co się wokół nas dzieje. Do bardziej szczegółowych obserwacji służą przyrządy: lupa, mikroskop, lornetka. Jeśli chcemy zbadać interesujące nas zjawisko, wówczas musimy przeprowadzić doświadczenie. Wiele doświadczeń można wykonać, wykorzystując przedmioty codziennego użytku.

Źródło: Fotolia (https://pl.fotolia.com), . Dzięki przyrządom znajdującym się w pracowni przyrodniczej możesz wykonać wiele doświadczeń

1. Praca przyrodnika

Narządy zmysłów człowieka służą do odbierania bodźców ze środowiska.

  • Oko to narząd wzroku umożliwiający odróżnianie barw, kształtów, rejestrowanie ruchu, ocenę odległości.

  • Ucho to narząd słuchu umożliwiający odbiór dźwięków.

  • Język to narząd smaku pozwalający odróżnić w pokarmie smaki: słodki, słony, kwaśny, gorzki.

  • Nos to narząd węchu umożliwiający rozpoznawanie zapachów.

  • Skóra zawiera narządy dotyku i odczuwania temperatury otoczenia.

Obserwacja to zbieranie informacji o otoczeniu. Badacz stara się w żaden sposób nie wpływać na wynik obserwacji.

Doświadczenie to wywołanie jakiegoś zjawiska w sztucznych warunkach i obserwowanie go.
Przyrządy służące do obserwacji to lupa, lornetka, luneta i mikroskop. Posiadają one soczewki, które umożliwiają obserwację obiektów w powiększeniu lub przybliżeniu.

2. Atomy i substancje

Wszystkie substancje są zbudowane z drobin: atomówcząsteczek. Drobiny są niewidoczne gołym okiem ani pod zwykłym mikroskopem. Znamy niewiele ponad 100 rodzajów atomów (pierwiastków), ale mogą one łączyć się ze sobą. W ten sposób powstają tysiące różnych substancji. Połączone ze sobą atomy tworzą cząsteczki.
Substancje mogą być zbudowane:

  • z atomów jednego rodzaju (pierwiastka) – są to substancje proste;

  • z cząsteczek złożonych z atomów różnych rodzajów (pierwiastków) – są to substancje złożone, czyli związki chemiczne.

Substancjami prostymi są pierwiastki chemiczne. Należą do nich np.: siarka, żelazo, złoto, srebro, miedź, wodór, tlen, węgiel.
Substancjami złożonymi są związki pierwiastków chemicznych (związki chemiczne). Są to na przykład woda, cukier, sól, dwutlenek węgla, kwas cytrynowy.

Film na temat budowy substancji. W pudełku na modele oglądamy modele atomów wodoru, tlenu, siarki, węgla, azotu. Następnie przedstawiono przygotowanie modeli pierwiastków: węgla, siarki. Potem - budowanie cząsteczki wody (do kulki czerwonej dołączamy dwie białe), cząsteczki dwutlenku dwutlenku węgla (do kulki ciemnoszarej dołączamy dwie czerwone) oraz cząsteczek dwuatomowych gazów: tlenu, wodoru, azotu.

3. Gazy, ciecze i ciała stałe

Substancje występują w trzech stanach skupienia. Są to:

  • stan stały, np. węgiel, sól, cukier, lód;

  • stan ciekły, np. woda, mleko, olej, ocet, benzyna,

  • stan gazowy, np. powietrze, gaz ziemny, para wodna.

Ta sama substancja w zależności od warunków otoczenia może występować w trzech stanach skupienia. Na przykład woda w zależności od temperatury jest ciałem stałym (lód), cieczą lub gazem (para wodna).

Animacja obrazuje ułożenie drobin w różnych stanach skupienia. W ciele stałym cząsteczki znajdują się bardzo blisko siebie i nie przesuwają się, a ich ruch polega tylko na drganiu. W cieczy drobiny mogą się przemieszczać, a w gazach drobiny znajdują się daleko od siebie i zupełnie sowbodnie przemieszczają się.

4. Substancje proste i złożone

Każda substancja stała może w niewielkim stopniu zmieniać kształt. Wykorzystujemy to podczas wytwarzania różnych przedmiotów. Substancje w stanie stałym mogą być:

  • kruche – pod wpływem działania siły, choćby próby zgięcia, substancja kruszy się (np. kreda, kamień, węgiel);

  • sprężyste – po ustaniu działania siły substancja powraca do pierwotnego kształtu (np. sprężynka w długopisie, trzepaczka do ubijania piany, trampolina);

  • plastyczne – pod wpływem działania siły substancja zmienia swój kształt (np. plastelina, modelina, ciasto, glina).

Ta sama substancja może w różnych warunkach zmieniać swoje właściwości. Na przykład dzięki plastyczności ciasta można formować z niego rogaliki, które po upieczeniu stają się kruche.

5. Drobiny się poruszają

Dyfuzja polega na samorzutnym rozprzestrzenianiu się drobin jednej substancji w drugiej. Zjawisko to najłatwiej przebiega w gazach, ponieważ ich drobiny bardzo szybko się poruszają. Najwolniej zachodzi w ciałach stałych, ponieważ ich drobiny mogą jedynie drgać.

Na szybkość dyfuzji ma wpływ:

  • stan skupienia substancji – najszybciej dyfuzja przebiega w gazach, ponieważ drobiny gazów bardzo szybko się poruszają; najwolniej w ciałach stałych, ponieważ drobiny ciał stałych mogą jedynie drgać;

  • temperatura substancji – im jest wyższa, tym ruch drobin jest większy i dyfuzja zachodzi szybciej.

Przykłady dyfuzji:

  • w życiu codziennym - mieszanie się soku z wodą, parzenie herbaty;

  • w przyrodzie - rozchodzenie się zapachu kwiatów, przenikanie tlenu do płuc.

Animacja ukazuje mieszanie się dwóch cieczy. Do naczynia z wodą wlana zostaje niebieskawa ciecz. Następuje przemieszane jej z wodą. W tym momencie film zmienia się w animację, która ukazuje w przybliżeniu cząsteczki wody i substancji rozpuszczonej za pomocą lupy. Widać, że cząsteczki te występują naprzemiennie w zmieszanych cieczach.

6. Rozszerzalność cieplna

Pod wpływem zmian temperatury wiele ciał stałych, cieczy i gazów zmienia swoją objętość. Rozszerzają się przy ogrzewaniu, a kurczą przy oziębianiu. Zjawisko to, zwane rozszerzalnością cieplną (temperaturową), jest wykorzystywane w konstruowaniu różnych urządzeń:

  • w termometrach cieczowych poziom cieczy podnosi się przy wzroście temperatury;

  • podgrzewany gaz w balonie powietrznym unosi go do góry;

  • szczeliny między szynami zapobiegają wyginaniu się szyn podczas upałów i rozrywaniu zimą;

  • przy budowie mostu jedna część jest zamontowana do jezdni na stałe, a druga leży na walcach, co zapobiega odkształceniom;

  • na moście pozostawia się szczeliny, które latem chronią most przed pękaniem;

  • linie wysokiego napięcia zawiesza się luźno między słupami, co zapobiega ich zerwaniu zimą, kiedy pod wpływem niskiej temperatury liny się „kurczą”.

7. Mieszaniny

Mieszanina składa się z dwóch lub więcej substancji. Mieszanina jednorodna to taka, której składników nie da się odróżnić gołym okiem ani za pomocą lupy. Do mieszanin jednorodnych zaliczamy na przykład powietrze, sok owocowy, ocet. Mieszanina niejednorodna charakteryzuje się tym, że jej składniki da się odróżnić gołym okiem. Do takich mieszanin należą na przykład sałatka warzywna, piasek z wodą, ziemia ogrodowa.

Do mieszanin jednorodnych zaliczamy roztwory – są to takie mieszaniny, w których jedna substancja rozpuszczona jest w drugiej, zwanej rozpuszczalnikiem.

Szybkość rozpuszczania się substancji rozpuszczanej w rozpuszczalniku zależy od:

  • temperatury rozpuszczalnika,

  • stopnia rozdrobnienia substancji rozpuszczanej,

  • mieszania roztworu podczas rozpuszczania.

Sposoby rozdzielenia składników mieszaniny:

  • odparowanie, np. wody z wody morskiej,

  • destylacja, np. oddzielenie benzyny z ropy naftowej,

  • filtrowanie, np. oddzielenie piasku z wody,

  • opadanie, np. oddzielenie listków herbaty z napoju,

  • przesiewanie, np. oddzielenie żwirku z piasku.

8. Przemiany substancji

Substancje ulegają różnym przemianom, które można podzielić na fizyczne i chemiczne oraz odwracalne i nieodwracalne.

  • Przemiany fizyczne to takie, podczas których nie powstają nowe substancje. Należą do nich na przykład otrzymywanie i rozdzielanie mieszanin, zmiany stanu skupienia.

  • Przemiany chemiczne to takie, podczas których powstają substancje o nowych właściwościach. Zaliczamy do nich na przykład rdzewienie metali, psucie się jedzenia, palenie się drewna, smażenie mięsa, ścinanie białka.

  • Procesy odwracalne to takie, których skutki można odwrócić i uzyskać z powrotem stan wyjściowy. Na przykład woda może przechodzić ze stanu gazowego w ciekły i odwrotnie; parafina pod wpływem wysokiej temperatury topi się, a po obniżeniu temperatury zastyga.

  • Procesy nieodwracalne to takie, po których nie da się zrobić niczego, żeby uzyskać pierwotną substancję. Należą do nich na przykład. ścinanie się białka z jajek pod wpływem wysokiej temperatury, palenie się drewna, korozja metali.

Demonstrator delikatnie ogrzewa na matelni kawałek masła, widać, że masło się topi. Podobny kawałek masła jest mocno ogrzewany na patelni. Widać zmianę wyglądu masła oraz jego przypalanie. Kolejne ujęcie pokazuje kawałek masła, masło skrzepnięte na patelni oraz masło przypalone. Następnie demonstrator przygotowuje galaretkę i rozlewa ją do trzech jednakowych, ponumerowanych naczyń. Do jednego z nich wsypuje drobno pokrojone świeże kiwi. Galaretkę wstawia do lodówki. Po kilku godzinach demonstrator wyjmuje naczynie z galaretką z lodówki. Następuje obserwacja – dwie porcje czystej galaretki. Jedna porcja zostaje ogrzana w łaźni wodnej. Widać, że galaretka mięknie, zaczyna się robić płynna. Demonstrator ponownie wkłada alaretkę do lodówki i wyjmuje po jakimś czasie; widać, że znowu stężała. Następuje powrót do ujęcia masła stopionego na patelni oraz ujęcia galaretki płynnej i stężałej. Potem ponownie ujęcie przypalonego masła. Na koniec demonstrator wyjmuje galaretkę z kiwi z lodówki. Widać, że galaretka z kiwi jest płynna. Kamera robi zbliżenie na opakowanie galaretki - znajduje się tam tekst, informujący o tym, żeby nie dodawać kiwi do galaretki

9. Gęstość

Masa to ilość substancji, z jakiej jest wykonane ciało. Podstawową jednostką masy jest kilogram (kg). Jeden kilogram to tysiąc gramów (1000 g), zaś tysiąc kilogramów to tona.

Objętość to przestrzeń, jaką ciało zajmuje. Jednostka objętości to metr sześcienny (m3), często używa się też litrów. Tysiąc litrów to metr sześcienny, zaś litr to tysiąc centymetrów sześciennych (cm3).

Gęstość substancji informuje nas, jaką masę ma jednostka objętości tej substnacji, np. 1 m3. Obliczamy ją, dzieląc masę ciała przez jego objętość. Różne ciała o tej samej objętości mają różne masy, ponieważ ich gęstość jest inna. Różne substancje o tej samej masie, lecz innej gęstości zajmują inną objętość.

10. Przemieszczamy przedmioty

Podczas przesuwania jednego ciała stykającego się z innym należy pokonać opór ruchu, czyli tarcie. Opór ten zależy między innymi od tego, w jakim ośrodku (powietrzu lub wodzie) przemieszcza się dana substancja.
Sposoby zmniejszenia oporu ruchu:

  • smary, oleje, np. w maszynach;

  • gładka powierzchnia stykających się ciał, np. powierzchnia nart, łuski i śluz u ryb, śliski ubiór pływaka;

  • opływowy kształt np. ryb, ssaków wodnych, ptaków, statków, samolotów.

Sposoby zwiększenia oporu ruchu:

  • duża powierzchnia, np. w spadochronie, motolotni;

  • chropowata powierzchnia, np. żłobienia w oponach i w podeszwach butów.

Film animowany przedstawiający hokeistę na lodowisku, który za pomocą kija hokejowego wprowadza w ruch krążek. Krążek zaczyna sunąć po lodzie, a po jakimś czasie się zatrzymuje. Wynika to z faktu, że zarówno lodowisko, jak i krążek, nie mają dokładnie gładkiej powierzchni, co zostało zobrazowane na powiększeniu. Siła oporu, która powstaje między ich nierównościami nazywana jest tarciem.

11. Urządzenia elektryczne

Urządzenia elektryczne pracują, gdy są podłączone do źródła prądu i stanowią część obwodu elektrycznego. Obwód elektryczny składa się ze źródła napięcia, przewodów i urządzenia elektrycznego. Może być też wyposażony w wyłącznik. W obwodzie elektrycznym prąd płynie wyłącznie wtedy, gdy obwód jest zamknięty.
Źródłem napięcia są gniazdka elektryczne, baterie i akumulatory.
Substancje w różnym stopniu przewodzą prąd elektryczny. Przewodniki prądu to substancje, które dobrze przewodzą prąd. Są to na przykład miedź, złoto, srebro, żelazo, stal, aluminium i roztwory wodne. Substancje źle przewodzące prąd to izolatory. Należy do nich większość niemetali: papier, plastik, szkło, drewno, guma, beton, powietrze i wiele innych.

12. Jak skutecznie ogrzać się zimą?

Przewodniki cieplne to substancje, które dobrze przewodzą ciepło. Są to m.in. wszystkie metale. Przewodniki ciepła stosuje się na przykład w metalowych garnkach, kaloryferach i żelazkach.

Izolatory cieplne to substancje, które źle przewodzą ciepło. Są to na przykład papier, drewno, plastik, szkło, guma, powietrze i styropian. Izolatory cieplne stosuje się na przykład podczas ocieplania budynków styropianem, owijania rur doprowadzających ciepłą wodę lub w uchwytach naczyń.
Ciepło może być przekazywane między substancjami. Zawsze przepływa od obiektu cieplejszego do chłodniejszego do momentu wyrównania się temperatur.

Do stojącego kubka porcelanowego z czajnika nalewany jest wrzątek. Po nalaniu płynu następuje pomiar temperatury kubka. Do kubka metalowego z czajnika nalewany jest wrzątek. Po nalaniu płynu następuje pomiar temperatury kubka. Do kubka styropianowego z czajnika nalewany jest wrzątek. Po nalaniu płynu następuje pomiar temperatury kubka. Po 15 minutach do każdego kubka wkładany jest termometr. W kubku metalowym termometr wskazuje 40 stopni, w porcelanowym 60 stopni, a w styropianowym 80 stopni.

Zadania

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4
Ćwiczenie 5
Ćwiczenie 6
Ćwiczenie 7
Ćwiczenie 8
Ćwiczenie 9
Ćwiczenie 10
Ćwiczenie 11
Ćwiczenie 12
Ćwiczenie 13
Ćwiczenie 14
Ćwiczenie 15
Ćwiczenie 16
Ćwiczenie 17
Ćwiczenie 18
Ćwiczenie 19
Ćwiczenie 20
Ćwiczenie 21
Ćwiczenie 22
Ćwiczenie 23
Ćwiczenie 24
Ćwiczenie 25
Ćwiczenie 26
Ćwiczenie 27

Test