Basic HTML Version
ΜΗΧΑΝΙΚΉ
|
Κεφάλαιο M1:
Φυσική και μετρήσεις
Ένα άλλο παράδειγμα παράγωγου μεγέθους είναι η
πυκνότητα.
Η πυκνότητα
ρ
οποιουδήποτε υλικού ορίζεται ως η
μάζα του ανά μονάδα όγκου:
r
;
m
V
(Μ1.1)
Ως συνάρτηση θεμελιωδών μεγεθών, η πυκνότητα είναι ο λόγος μιας μάζας προς
ένα γινόμενο τριών μηκών. Το αλουμίνιο, για παράδειγμα, έχει πυκνότητα 2.70
3
10
3
kg/m
3
, ενώ ο σίδηρος 7.86
3
10
3
kg/m
3
. Για να αντιληφθείτε μια ακραία διαφορά στην
πυκνότητα φανταστείτε ότι κρατάτε έναν κύβο 10 εκατοστών (cm) από διογκωμένο
πολυστυρένιο στο ένα χέρι και έναν κύβο ίδιων διαστάσεων από μόλυβδο στο άλλο.
Στον Πίνακα Μ14.1 του Κεφαλαίου Μ14 μπορείτε να δείτε τις πυκνότητες διαφόρων
υλικών.
Σύντομο ερώτημα
Μ1.1
Σε ένα μηχανουργείο παράγονται δύο εκκεντροφόροι
άξονες, ένας από αλουμίνιο και ένας από σίδηρο. Και οι δύο άξονες έχουν την
ίδια μάζα. Ποιος άξονας είναι μεγαλύτερος;
(α)
Ο αλουμινένιος άξονας είναι
μεγαλύτερος.
(β)
Ο σιδερένιος άξονας είναι μεγαλύτερος.
(γ)
Και οι δύο άξονες
έχουν το ίδιο μέγεθος.
Μ1.2
Ύλη και κατασκευή μοντέλων
Όταν οι φυσικοί δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν άμεσα με κάποιο φαινόμενο,
συχνά φαντάζονται ένα
μοντέλο
για ένα φυσικό σύστημα που σχετίζεται με το φαι-
νόμενο. Για παράδειγμα, δεν μπορούμε να αλληλεπιδράσουμε απευθείας με τα άτομα
επειδή είναι πολύ μικρά. Έτσι, κατασκευάζουμε το νοητό μοντέλο ενός ατόμου βασι-
ζόμενοι σε ένα σύστημα που αποτελείται από έναν πυρήνα και ένα ή περισσότερα
ηλεκτρόνια εκτός του πυρήνα. Μόλις προσδιορίσουμε τα φυσικά συστατικά μέρη του
μοντέλου, κάνουμε προβλέψεις για τη συμπεριφορά του με βάση τις αλληλεπιδράσεις
ανάμεσα στα συστατικά μέρη του συστήματος ή την αλληλεπίδραση του συστήματος
με το εξωτερικό του περιβάλλον.
Ας θεωρήσουμε, για παράδειγμα, τη συμπεριφορά της
ύλης.
Στο πάνω μέρος της
Εικόνας Μ1.2, φαίνεται ένα δείγμα χρυσού σε στερεή μορφή. Αυτό το δείγμα απο-
τελείται από χρυσό από τη μία άκρη ως την άλλη, χωρίς καθόλου κενό χώρο; Αν
κόψουμε το δείγμα στη μέση, τα δύο κομμάτια εξακολουθούν να διατηρούν τη χημική
τους ταυτότητα ως συμπαγής χρυσός. Τι θα συμβεί αν συνεχίσουμε να κόβουμε τα
κομμάτια επ’ αόριστον; Θα εξακολουθούν τα ολοένα και μικρότερα κομμάτια να είναι
χρυσός; Τέτοια ερωτήματα έχουν τις ρίζες τους στους πρώτους Έλληνες φιλοσόφους.
Δύο από αυτούς –ο Λεύκιππος και ο μαθητής του ο Δημόκριτος– δεν μπορούσαν να
δεχτούν την ιδέα ότι αυτή η διαίρεση ήταν δυνατόν να συνεχιστεί για πάντα. Έτσι,
ανέπτυξαν ένα μοντέλο για την ύλη υποθέτοντας ότι η διαδικασία κάποια στιγμή θα
τερματιστεί, όταν θα δώσει ένα σωματίδιο που δεν θα μπορεί να κοπεί περαιτέρω. Η
λέξη
άτομο
σημαίνει «αυτό που δεν κόβεται».
Σύμφωνα με το ελληνικό μοντέλο για τη δομή της ύλης, όλη η φυσιολογική ύλη
αποτελείται από άτομα, όπως αυτά που φαίνονται στο μέσο της Εικόνας Μ1.2. Πέρα
από αυτό, το μοντέλο δεν όριζε κάποια άλλη δομή . τα άτομα συμπεριφέρονταν ως
μικρά σωματίδια που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, αλλά το μοντέλο δεν περιέγραφε
την εσωτερική δομή του ατόμου.
Το 1897, ο J. J. Thomson αναγνώρισε το ηλεκτρόνιο ως ένα φορτισμένο στοιχει-
ώδες σωματίδιο και ως ένα συστατικό του ατόμου. Αυτό οδήγησε στο πρώτο ατο-
μικό μοντέλο που περιελάμβανε και εσωτερική δομή. Αυτό το μοντέλο εξετάζεται στο
Κεφάλαιο Σ1 της θεματικής ενότητας Σύχρονη φυσική.
Μετά από την ανακάλυψη του πυρήνα το 1911, αναπτύχθηκε ένα ατομικό μοντέλο
στο οποίο κάθε άτομο αποτελείται από ηλεκτρόνια που περιβάλλουν έναν κεντρικό
Εικόνα Μ1.2
Επίπεδα οργάνωσης
της ύλης.
Don Farrall/Photodisc/
Getty Images
48