ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Ένα συνηθισμένο πεδίο παρανοήσεων στη φυσική είναι αυτό της άσκησης δυνάμεων πάνω σ' ένα σώμα. Αν μελετήσουμε προσεκτικά το παρακάτω σχήμα (1), θα δούμε τα εξής, που μερικές φορές ενώ είναι οφθαλμοφανή, μας διαφεύγουν:

Η Κ ασκείται στο σπόγγο λόγω της αλληλεπίδρασης των μορίων του και των μορίων του τραπεζιού. Την δύναμη ασκεί το τραπέζι.

Η Β (το βάρος) ασκείται από τη γη στον σπόγγο.

Η Β΄ είναι η αντίδραση της Β, ασκείται από τον σπόγγο στη γη.

Η Κ' είναι η αντίδραση της Κ, ασκείται από το σώμα στο τραπέζι.

Η συνισταμένη των δυνάμεων Κ και Β, υπάρχει και είναι ίση με μηδέν. Υπάρχει διότι οι δυνάμεις ασκούνται στο ίδιο σώμα.

ΔΕΝ ΥΠΑΡΧΕΙ συνισταμένη των δυνάμεων Β και Β'  ή Κ και Κ', διότι αυτές ασκούνται αντίστοιχα σε διαφορετικά σώματα.

Τα είδη των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα είναι δύο: Εκ του μακρόθεν και εξ επαφής. Εκ του μακρόθεν ασκούνται δυνάμεις που έχουν σχέση με ηλεκτρομαγνητικές κλπ αλληλεπιδράσεις και εξ επαφής ασκούνται δυνάμεις που έχουν να κάνουν με την δυναμική επαφή των αλληλεπιδρώντων σωμάτων.

Αν δεν μπορούμε να απαντήσουμε στο ερώτημα "ποίος ασκεί τη δύναμη" , τότε η δύναμη αυτή δεν υπάρχει.

Η συνισταμένη  δεν είναι δύναμη που ασκείται σε κάποιο σώμα!!!!

 Αποδείξτε πειραματικά την απάντηση.

Η ζυγαριά δεν επηρεάζεται από το βάρος των σωμάτων, αλλά από τη δύναμη που τα σώματα ασκούν σε αυτήν  και η οποία μόνο σε περίπτωση ηρεμίας ισούται με το βάρος τους. Για να αποδείξουμε την θέση αυτή στήνουμε την εξής πειραματική διάταξη: Τοποθετούμε ένα σώμα σε μια ζυγαριά που βρίσκεται μέσα σε ένα "ασανσέρ". Επιταχύνουμε τα σώματα προς τα πάνω ή προς τα κάτω και παίρνουμε τις μετρήσεις της ζυγαριάς οι οποίες κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης (κι ενώ το βάρος του σώματος παραμένει ίδιο) μεταβάλλονται. Το ίδιο αποτέλεσμα θα πάρουμε αν κρεμάσουμε ένα βάρος σ' ένα δυναμόμετρο και επιταχύνουμε αντίστοιχα προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Οι δυνάμεις που ασκούνται στις τρεις δυνατές περιπτώσεις φαίνονται στα παραπάνω σχήματα (σχ.2).

Αν η ταχύτητα του συστήματος είναι σταθερή ή μηδέν, τότε:

Η συνισταμένη των δυνάμεων Κ και Β είναι F=0, αφού το σώμα ισορροπεί.

Συνεπώς:  F=0 => Κ-Β = 0 => Κ=Β

Αφού όμως η Κ΄είναι ίση με την Κ, τότε θα έχουμε και Κ'=Β. Η δύναμη που παραμοφώνει τα      ελατήρια της ζυγαριάς είναι η Κ', άρα η ζυγαριά δείχνει ταυτόχρονα και το μέγεθος του Β, δηλαδή του βάρους.

Αν το σώμα επιταχύνεται προς τα πάνω με α=Σταθ.

F= m*α

Κ-Β= m*α

Κ= Β+m*α

Κ>Β

Αν μάλιστα α=g (επιτάχυνση της βαρύτητας) τότε Κ=2Β, άρα η ζυγαριά θα δείχνει διπλάσιο βάρος.

Αν το σώμα επιταχύνεται προς τα κάτω με α=Σταθ. τότε:

F= m*α

Β-Κ= m*α

Κ= Β-m*α

Κ<Β

Αν μάλιστα α=g (επιτάχυνση της βαρύτητας) τότε Κ=0, άρα η ζυγαριά δεν θα δείχνει καθόλου βάρος! Το σώμα βέβαια δεν εξαϋλώθηκε, απλώς η δύναμη της επαφής είναι αυτή που μετριέται από τη ζυγαριά.

Αν ένα σώμα κινείται με σταθερή ταχύτητα U και του ασκήσουμε μια δύναμη κάθετη στην τροχιά του, τότε το σώμα θα κινηθεί σε κυκλική τροχιά. Η δύναμη λέγεται κεντρομόλος ενώ το μέτρο της ταχύτητας δεν αλλάζει, αλλάζει μόνο η φορά της(σχ. 3).Αφού όμως υπάρχει δύναμη, θα υπάρχει και επιτάχυνση που ονομάζεται κεντρομόλα επιτάχυνση. Αποδεικνύεται ότι η κεντρομόλα επιτάχυνση είναι ίση με U2/R. Άρα (από το θεμελιώδη νόμο της μηχανικής F=m*γ) η κεντρομόλα δύναμη θα είναι ίση με mU2/R.

H κεντρομόλα δύναμη μπορεί να εκφραστεί και με τη χρησιμοποίηση της γωνιακής ταχύτητας ω, της περιόδου Τ και της συχνότητας V της κυκλικής κίνησης ως εξής:

Ο αστροναύτης είναι μετέωρος γιατί έχει την ίδια κεντρομόλο επιτάχυνση με το διαστημόπλοιο, οπότε "φαίνεται" να μην έχει βάρος, αν και βρίσκεται μέσα στο πεδίο βαρύτητας της γης!

Η ύλη από την οποία αποτελείται το σύμπαν, δημιουργήθηκε μαζί μ' αυτό, πριν 15.000.000.000 χρόνια. Το σύμπαν σύμφωνα με τις τελευταίες αντιλήψεις διαμορφώθηκε ως έχει σε πέντε στάδια και με αρχή την μεγάλη έκρηξη (big bang).

Στάδιο πρώτο: Διάρκεια από 10-43 sec μέχρι 10-35 sec μετά την μεγάλη έκρηξη. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης δημιουργήθηκαν τα 12 στοιχειώδη σωματίδια που απαρτίζουν την ύλη. Αυτά είναι:

Στάδιο δεύτερο: Δημιουργήθηκαν τα πρωτόνια και τα νετρόνια, με την συνένωση των παραπάνω σωματιδίων ως εξής:

                                   2u + 1d =1p (πρωτόνιο)

                                   1u + 2d = 1n (νετρόνιο)

Το ουδέτερο φορτίο του νετρονίου και το θετικό του πρωτονίου οφείλεται στο άθροισμα των φορτίων των συστατικών σωματιδίων τους αφού το φορτίο του up είναι +2/3e ενώ του  down είναι -1/3e.

Στάδιο τρίτο: Τα πρωτόνια και τα νετρόνια συνενώνονται σε πυρήνες, με την βοήθεια των ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων που τους κρατά ενωμένους ως αντίδραση στις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που τείνουν να τους διαχωρίσουν (αφού ως γνωστόν τα ομώνυμα απωθούνται). Παράλληλα εμφανίζεται και η ασθενής αλληλεπίδραση που έχει σχέση με την μόνιμη μεταβολή των πυρήνων κατά την σχάση τους.

Στάδιο τέταρτο: Συνενώνονται οι πυρήνες και τα ηλεκτρόνια σε άτομα.

Στάδιο πέμπτο: Συνενώνονται τα άτομα σε μόρια.

Για την παρασκευή οξυγόνου χρειαζόμαστε τα παρακάτω υλικά:

Α. Υπερμαγγανικό κάλι (KMnO₄)

B. Υπεροξείδιο του υδρογόνου(Η₂Ο₂) (Οξυζενέ)

Γ. Κωνική φιάλη διηθήσεως

Δ. Γυάλινο χωνί με στρόφιγγα

Ε. Γυάλινη λεκάνη

Στ. Κύλινδρο συλλογής αερίων (ποτήρι)

Ζ. Λαστιχένιος σωλήνας

Τοποθετούμε τα παραπάνω υλικά στην εξής διάταξη:

Αραιώνουμε το (Η₂Ο₂) με νερό, σε αναλογία 6:1 και πάντα προσθέτοντας το οξύ στο νερό και όχι αντίστροφα. Ρίχνουμε το διάλυμα στο ασφαλιστικό χωνί. Βάζουμε το λαστιχένιο σωλήνα στην άκρη της κωνικής φιάλης και συνδέουμε το άλλο άκρο με τη βάση συλλογής αερίων. Βάζουμε πάνω από τη βάση αναποδογυρισμένο το ποτήρι γεμάτο νερό.

Με ένα κουταλάκι ρίχνουμε λίγο (KMnO₄) στην κωνική φιάλη και την πωματίζουμε. Ανοίγουμε τη στρόφιγγα. Γίνεται η αντίδραση. Το αέριο διώχνει το νερό από το ποτήρι και παίρνει τη θέση του. Σηκώνουμε προσεκτικά το ποτήρι, το αναστρέφουμε και πλησιάζουμε ένα αναμμένο κερί στο στόμιό του. Διαπιστώνουμε ότι η φλόγα ενισχύεται και συμπεραίνουμε ότι το αέριο που περιέχεται είναι οξυγόνο.

Επαναλαμβάνουμε την παραπάνω διαδικασία αντικαθιστώντας το οξυζενέ με υδροχλώριο (HCl), διαλυμένο σε αναλογία 1:6 και το υπερμαγγανικό κάλι με μαγειρική σόδα. (NaCo₃)

Σηκώνουμε προσεκτικά το ποτήρι, το αναστρέφουμε και πλησιάζουμε ένα αναμμένο κερί στο στόμιό του. Διαπιστώνουμε ότι η φλόγα σβήνει και συμπεραίνουμε ότι το αέριο που περιέχεται είναι διοξείδιο του άνθρακα.

7. Τί είναι η υδροστατική πίεση και πώς αποδεικνύεται πειραματικά;

Πίεση είναι το πηλίκο της δύναμης προς το εμβαδόν της επιφάνειας στην οποία ασκείται.

Η πίεση δεν είναι άνυσμα. Δεν ασκείται, απλώς υπάρχει και εμφανίζεται.

Μονάδες πίεσης είναι η φυσική ατμόσφαιρα : 1At = 1Kp / 1cm2 .

Ο τύπος της πίεσης είναι  P = ε·h, όπου ε=ειδικό βάρος και h= το ύψος της στήλης του ρευστού του οποίου μετράται η πίεση.

Ως ειδικό βάρος ορίζουμε το πηλίκο του βάρους προς τον όγκο ενός σώματος, δηλαδή:

Ε = Βάρος / Όγκος 

Για να αποδείξουμε την υδροστατική πίεση κλείνουμε με πινέζες τις τρύπες του δοχείου που εικονίζονται στο διπλανό σχήμα,  το τοποθετούμε δίπλα και πάνω από τη λεκάνη και αφαιρούμε τις πινέζες. Όσο πιο χαμηλά είναι τρύπα, με τόσο μεγαλύτερη ορμή εκτινάσσεται το νερό.

Συμπεραίνουμε έτσι ότι το υγρό ασκεί στα τοιχώματα του δοχείου πίεση η οποία είναι ανάλογη με το βάθος του τοιχώματος από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.

Για να αποδείξουμε την αρχή της δράσης και της αντίδρασης, περνάμε ένα καλαμάκι σε ένα σπάγκο, φουσκώνουμε ένα μπαλόνι και δένουμε με λίγο σπάγκο το λαιμό του. Στη συνέχεια το συγκρατούμε με λίγο σελοτέηπ στο καλαμάκι όπως φαίνεται στο πρώτο σχήμα.

Κρατάμε τις άκρες των σπάγκων σε διαφορετικά ύψη και αφαιρούμε το σπάγκο του λαιμού.

Το μπαλόνι καθώς ο αέρας που περιέχει βγαίνει με ορμή προς τα πίσω, αποκτά αντίθετη ορμή και κινείται προς τα εμπρός. (κατά αντίθετη φορά και κατά τη διεύθυνση του σπάγκου), φτάνοντας στο άλλο άκρο του σπάγκου που βρίσκεται πολύ ψηλότερα.

Η κίνηση των πυραύλων βασίζεται στην αρχή διατήρησης της ορμής και στο θεώρημα που υποστηρίζει ότι σε ένα μονωμένο σύστημα, η ορμή παραμένει σταθερή.

Η δύναμη που σπρώχνει τον αέρα προς τα πίσω, έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μιας αντίθετης δύναμης (δράση - αντίδραση) που κινεί το μπαλόνι προς τα εμπρός .

Μια δεύτερη ερμηνεία της κίνησης αυτής είναι αυτή που φαίνεται στο δεύτερο σχήμα. Όταν δηλ. το μπαλόνι είναι κλειστό, οι δυνάμεις που ασκούνται στα τοιχώματά του, αλληλοαναιρούνται. Όταν όμως ανοίξουμε το στόμιο, η δύναμη που ασκείται στο αντικρινό τοίχωμα μένει χωρίς αντίδραση και παρασύρει το μπαλόνι προς την κατεύθυνσή της

Τα υγρά ασκούν στα τοιχώματα του δοχείου πίεση, η οποία είναι ανάλογη με το βάθος του τοιχώματος από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Η πίεση αυτή ονομάζεται υδροστατική και σ' αυτή βασίζεται η αρχή της λειτουργίας του αυτόματου ποτιστή όπως αποδεικνύεται με το παρακάτω πείραμα:

Στηρίζουμε το μεταλλικό δακτύλιο στο σύνδεσμο του ορθοστάτη και περνούμε σ' αυτόν το χωνί.

Προσαρμόζουμε στα άκρα του ελαστικού σωλήνα το γυάλινο σωλήνα που έχουμε από πριν λυγίσει σε γωνία 90 μοιρών και το χωνί, ενώ παράλληλα κλείνουμε την οπή του γυάλινου σωλήνα με λίγη πλαστελίνη ή άλλο μικροαντικείμενο.

Ρίχνουμε στο χωνί νερό μέχρι να γεμίσει.

Ο σωλήνας παραμένει κατακόρυφος, γιατί οι δυνάμεις στο στόμιο του σωλήνα και στο απέναντι σημείο είναι ίσες και αντίθετες.

Αφαιρούμε το πώμα από το στόμιο του γυάλινου σωλήνα.

Ο σωλήνας καθώς εκτινάσσεται το νερό μετακινείται προς την αντίθετη διεύθυνση, γιατί καταργείται η δύναμη στο στόμιό του, ενώ η αντίθετη απ' αυτή δύναμη παραμένει.(βλ και σχ 7).

Στην αρχή αυτή βασίζεται η αρχή λειτουργίας του αυτόματου ποτιστή και του υδροστροβίλου.

Η ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού που ηρεμεί σε συγκοινωνούντα δοχεία, ανοιχτά στο πάνω μέρος, βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Σ' αυτό βασίζεται η λειτουργία του συντριβανιού και αποδεικνύεται από το παρακάτω πείραμα:

Στηρίζουμε το μεταλλικό δακτύλιο στο σύνδεσμο του ορθοστάτη και περνούμε σ' αυτόν το χωνί.

Προσαρμόζουμε στα άκρα του ελαστικού σωλήνα ένα γυάλινο σωλήνα που έχουμε από πρίν λυγίσει σε γωνία  90 μοιρών και το χωνί, ενώ παράλληλα κλείνουμε την οπή του γυάλινου σωλήνα με λίγη πλαστελίνη ή αλλο μικροαντικείμενο. Γεμίζουμε το χωνί με νερό και ελευθερώνουμε την οπή.

Το νερό εκτινάσσεται ψηλά και τείνει να πλησιάσει την ελεύθερη επιφάνεια του νερού, στο δοχείο.(δε φτάνει όμως λόγω της δύναμης της βαρύτητας).

σχ 11

Η αρχή διατήρησης της ενέργειας αποδεικνύεται με την πειραματική διάταξη του τροχού του Maxwell. (σχ11)

Το πείραμα εξελίσσεται ως εξής: Όταν τροχός βρίσκεται στο ανώτερο σημείο της διαδρομής του (Α), τα νήματά του είναι τυλιγμένα γύρω από τον άξονά του. Στο ανώτερο ύψος, λόγω της θέσης του έχει τη μέγιστη δυναμική ενέργεια.

Τον αφήνουμε να πέσει, οπότε τα νήματα ξετυλίγονται και του δίνουν εκτός από την κατακόρυφη κίνηση που έχει εξαιτίας της πτώσης του και μια περιστροφική. Η περιστροφική αυτή κίνηση γίνεται ολοένα και ταχύτερη. Καθώς τα νήματα ξετυλίγονται από τον άξονα ο τροχός κατεβαίνει και αποκτά ταχύτητα.

Σιγά σιγά μειώνεται η δυναμική του ενέργεια και αυξάνεται η κινητική του.

Σε οποιαδήποτε ενδιάμεση θέση το άθροισμα της δυναμικής και της κινητικής του ενέργειας είναι ίσο με την αρχική δυναμική ενέργεια.Όταν ο τροχός φτάσει στο κάτω άκρο της διαδρομής του, συνεχίζει να περιστρέφεται κατά την ίδια φορά,( λόγω στροφορμής που οφείλεται στην άνιση κατανομή της μάζας του τροχού, που είναι περισσότερη στην περιφέρεια και λιγότερη στο κέντρο) με αποτέλεσμα τα νήματα να αρχίσουν να τυλίγονται ξανά στον άξονα κι έτσι αρχίζει να ανεβαίνει πάλι.

Στο κατώτερο ύψος η δυναμική ενέργεια είναι μηδενική και η κινητική μέγιστη.

Όσο ανεβαίνει η ταχύτητα περιστροφής μειώνεται κι έτσι μικραίνει και η κινητική του ενέργεια ενώ αυξάνεται αντίθετα η δυναμική. Όταν ξαναφθάσει στο σημείο Α, αποκτά πάλι μόνο δυναμική ενέργεια, όχι όμως όση και η αρχική, διότι ένα μέρος μετατράπηκε σε θερμική, λόγω τριβών και αντιστάσεων. Έτσι δεν θα φτάσει ποτέ στο αρχικό ύψος, με αποτέλεσμα μετά από πολλές επαναλήψεις να σταματήσει.

Πειραματική απόδειξη της ύπαρξής της και των παραγόντων από τους οποίους εξαρτάται.

Τριβή ονομάζεται η δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση ενός σώματος όταν αυτό βρίσκεται σε επαφή με ένα άλλο. Ανάλογα με την κίνηση που έχει το σώμα ορίζεται ως τριβή κύλισης και τριβή ολίσθησης. Η τριβή οφείλεται στην ύπαρξη ανωμαλιών στις επιφάνειες των σωμάτων που έρχονται σε επαφή.

Ας υποθέσουμε ότι ένα σώμα βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος. Το σώμα αρχικά ισορροπεί. Οι δυνάμεις που ασκούνται είναι το βάρος του Β και η αντίδραση Fκ του εδάφους. Αν στο σώμα ασκηθεί μια δύναμη F θα παρατηρήσουμε ότι το σώμα θα αρχίσει να κινείται όταν η δύναμη F ξεπεράσει ένα συγκεκριμένο όριο.

Αυτό σημαίνει ότι στο σώμα ασκείται μια δύναμη T ίση με το όριο αυτό και αντίθετη με την F. Όταν η F γίνει μεγαλύτερη από την Τ το σώμα θα αρχίσει να κινείται με ορισμένη επιτάχυνση. Αν η F ελαττωθεί και γίνει ίση με την Κ το σώμα αρχίζει να κινείται με σταθερή ταχύτητα. Η δύναμη Τ ονομάζεται δύναμη στατικής τριβής και η δύναμη Κ δύναμη κινητικής τριβής.

Στην περίπτωση που το σώμα βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο (σχ.12) παρατηρούμε τα εξής: Η αντίδραση στο βάρος, δεν είναι ακριβώς αντίθετή του. Είναι η συνιστώσα των Fκ και Τ. 

Αφού η Fκ είναι μικρότερη από το Β αναπτύσσεται η τριβή που εμποδίζει το σώμα να κινηθεί λόγω του βάρους του. Αυτό μπορεί να αλλάξει μόνο με την αύξηση της κλίσης του επιπέδου στο οποίο βρίσκεται το σώμα.

  Η δύναμη τριβής Τ είναι ανάλογη με την κάθετη δύναμη που ασκεί το σώμα στην επιφάνεια με την οποία τρίβεται. και δίνεται από τη σχέση 

Τ = n · F_καθ. 

Ο συντελεστής n καλείται συντελεστής τριβής.

  Η δύναμη τριβής είναι ανεξάρτητη από την επιφάνεια επαφής των τριβομένων επιφανειών.

  Η δύναμη τριβής είναι ανεξάρτητη από την ταχύτητα που αναπτύσσει το σώμα όταν η F γίνει μεγαλύτερη από την Τ.

  Η δύναμη τριβής εξαρτάται από τη φύση των δύο σωμάτων που βρίσκονται σε επαφή.

1. Έλκουμε με ένα δυναμόμετρο και με σταθερή ταχύτητα πάνω στο τραπέζι ένα ξύλινο ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο και στη συνέχεια τοποθετούμε ένα δεύτερο πάνω στο πρώτο και έλκουμε πάλι, σημειώνοντας τις ενδείξεις του δυναμόμετρου.

Το δυναμόμετρο για την έλξη διπλάσιου βάρους δείχνει διπλάσια δύναμη. Η δύναμη τριβής λοιπόν εξαρτάται από το βάρος του σώματος.

2. Έλκουμε πάνω στην ίδια επιφάνεια το ίδιο ξύλινο παραλληλεπίπεδο εφαρμόζοντας διαδοχικά στο τραπέζι δύο έδρες του διαφορετικής επιφάνειας.

Το δυναμόμετρο και στις δύο περιπτώσεις δείχνει την ίδια δύναμη. Η δύναμη της τριβής δεν εξαρτάται από το εμβαδόν των τριβομένων επιφανειών.

3. Στερεώνουμε στο τραπέζι ένα κομμάτι γυαλόχαρτο και έλκουμε το ίδιο ξύλινο παραλληλεπίπεδο με την ίδια επιφάνεια επαφής διαδοχικά πάνω στην λεία επιφάνεια του τραπεζιού και στην ανώμαλη επιφάνεια του γυαλόχαρτου.

Το δυναμόμετρο στη δεύτερη περίπτωση δείχνει μεγαλύτερη δύναμη. Η δύναμη της τριβής εξαρτάται από το είδος των τριβομένων επιφανειών.

Αδράνεια ονομάζεται η ιδιότητα της ύλης σύμφωνα με την οποία κάθε σώμα αντιστέκεται σε όλες τις δυνάμεις που προσπαθούν να μεταβάλλουν την κινητική του κατάσταση.

Για να μεταβληθεί η κινητική κατάσταση ενός σώματος (να αρχίσει να κινείται ή να επιταχυνθεί αν κινείται ήδη) πρέπει να ασκηθεί πάνω του μια δύναμη.

Η εφαρμογή της δύναμης όμως δεν σημαίνει και αυτόματη αλλαγή της κινητικής κατάστασης. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην αδράνεια του σώματος.

Από την καθημερινή πείρα διαπιστώνουμε ότι το μέτρο της αδράνειας είναι η μάζα του σώματος. Αυτό σημαίνει ότι ένα σώμα με μεγάλη μάζα έχει μεγάλη αδράνεια ενώ με μικρή μάζα μικρή αδράνεια. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν η μάζα ενός σώματος εξαρτάται από την ταχύτητά του και αυξάνει με αυτήν. Άρα όσο μεγαλύτερη ταχύτητα έχει ένα σώμα τόσο μεγαλύτερη αδράνεια (και μάζα) παρουσιάζει και τόσο δυσκολότερο είναι να αλλάξει η κινητική του κατάσταση.

Εκτός από τη μάζα μεγάλη επίδραση στο μέτρο της αδράνειας ενός σώματος έχει και η ταχύτητα μεταβολής της κινητικής του κατάστασης. Έτσι μια ακίνητη σιδερένια μπάλα μπορεί να κυλήσει εύκολα αν την σπρώξουμε σιγά σιγά, ενώ μένει ακίνητη αν την κλωτσήσουμε(!)

Τοποθετούμε πάνω σ' ένα χαρτόνι που βρίσκεται σ' ένα τραπέζι,  ένα μεταλλικό αντικείμενο βάρους περίπου 150 γραμ. Έλκουμε σιγά σιγά το χαρτόνι ώστε η κινητική κατάσταση του σώματος (ηρεμία) να μην αλλάξει απότομα. Το σώμα κινείται μαζί με το χαρτόνι και η αδράνεια δεν γίνεται εμφανής.

Έλκουμε απότομα το χαρτόνι. Το σώμα δεν μετακινείται, διατηρεί δηλαδή την κινητική του κατάσταση. Η αδράνεια εξαρτάται από την ταχύτητα μεταβολής της κινητικής του κατάστασης.

Έλκουμε -όχι πολύ απότομα- το χαρτόνι ώστε να κινηθεί μαζί του και το σώμα , και το ακινητοποιούμε απότομα. Το σώμα με το απότομο σταμάτημα εξακολουθεί να κινείται προς τα εμπρός συνεχίζοντας την κινητική του κατάσταση.

Τοποθετούμε πάνω στο ποτήρι το χαρτονάκι, πάνω σ' αυτό ένα κέρμα και χτυπάμε το χαρτόνι με δύναμη. Το σώμα, λόγω της αδράνειας εξακολουθεί να παραμένει στη θέση του και, φυσικά πέφτει μέσα στο ποτήρι.

Η συνισταμένη όλων των δυνάμεων που ενεργούν σε όλα τα σημεία της επιφάνειας ενός σώματος και κάθετα προς αυτήν, όταν ένα σώμα είναι βυθισμένο σε υγρό που ηρεμεί και προέρχονται από αυτό. Η άνωση έχει διεύθυνση κατακόρυφη, με φορά προς τα πάνω και το σημείο εφαρμογής της λέγεται κέντρο της άνωσης.

Η συνισταμένη αυτή εκφράζεται ως Α=V·ε. (όπου V ο όγκος του υγρού που εκτοπίζεται και ε το ειδικό του βάρος.)

 Η άνωση αποδεικνύεται με την εξής πειραματική διάταξη που ονομάζεται και κολυμβητής του Καρτέσιου:

Γεμίζουμε ένα μπουκάλι με νερό ως απάνω καθώς κι έναν δοκιμαστικό σωλήνα με νερό ως τη μέση, τον αναστρέφουμε και τον τοποθετούμε στο μπουκάλι έτσι ώστε να εγκλωβιστεί σ' αυτόν ο αέρας που περιέχει. Στη συνέχεια πωματίζουμε το μπουκάλι.

Ο σωλήνας λόγω του αέρα που περιέχει επιπλέει κοντά στην επιφάνεια του νερού. 

Αν πιέσουμε το μπουκάλι, λόγω της αρχής του Pascal μπαίνει νερό στον σωλήνα, αυξάνει το βάρος του, υπερνικά την άνωση και ο σωλήνας κατεβαίνει.Αν σταματήσουμε να πιέζουμε τότε ο εγκλωβισμένος αέρας διαστέλλεται και διώχνει μέρος του νερού από το σωλήνα προς τα έξω. Έτσι το βάρος του σωλήνα και του νερού που περιέχει γίνεται μικρότερο της άνωσης και ανέρχεται. Με τον ίδιο τρόπο γίνεται και η κατάδυση και η ανάδυση των υποβρυχίων.

Ατμοσφαιρική πίεση είναι η πίεση που ασκείται σε κάθε επιφάνεια από τον αέρα της ατμόσφαιρας και οφείλεται στο βάρος του. Μονάδες που χρησιμοποιούνται για την μέτρησή της είναι:

- Η φυσική ατμόσφαιρα (1 Atm = 76 cm Hg = 1033 p/cm2)

- Η τεχνητή ατμόσφαιρα (1 atm = 73,5 cm Hg = 1000 p/cm2)

- Το ένα εκατοστό υδραργύρου  (1 cm Hg = 13,6 p/cm2)

- Το ένα χιλιοστό υδραργύρου που λέγεται και Torr (1 Torr  = 1,36 p/cm2)

- Το ένα Bar που χρησιμοποιείται στην μετεωρολογία ( 1 Bar = 106 dyn / cm2)

Ο τύπος που δίνει την ατμοσφαιρική πίεση είναι:  Ph = P0 · ε-ch , όπου P0 είναι η πίεση στην επιφάνεια της θάλασσας,  ε είναι το ειδικό βάρος,  c είναι η ειδική σταθερά του αέρα και  h είναι το ύψος.

Επειδή οι μεταβλητές βρίσκονται στον εκθέτη,  οι μεταβολές της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι ραγδαίες. Για να δούμε την διαφορά μπορούμε να τη συγκρίνουμε με την υδροστατική όπου P = ε·h, όπου ε = ειδικό βάρος και h= το ύψος.

Κάθε στιγμή λοιπόν "συνθλιβόμεθα" από 10 περίπου τόνους αέρα, αφού το μέτρο της πίεσης είναι 1 kp/cm2.

H ύπαρξη της ατμοσφαιρικής πίεσης αποδεικνύεται με τα παρακάτω πειράματα:

α. Το πείραμα του Torricelli (σχ. 15)

Κρατάμε έναν λεπτό σωλήνα ύψους 1 μέτρου σε πλάγια θέση και με το άλλο χέρι τον γεμίζουμε τελείως με υδράργυρο.

Ρίχνουμε αρκετόν υδράργυρο στην λεκάνη και αφού καλύψουμε με το δάχτυλό μας το άνοιγμα του σωλήνα, τον αναστρέφουμε και τον βυθίζουμε στην λεκάνη.

Ο υδράργυρος κατεβαίνει λίγο αφήνοντας κάποιο κενό και συγκρατείται σε ορισμένο ύψος λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.

Αυτό σημαίνει ότι η πίεση στα σημεία Α κα Β είναι ίση με το βάρος 760 mm στήλης Hg

β. Το πείραμα με το συρρικνούμενο τενεκεδάκι.

Ρίχνουμε λίγο νερό σε άδειο τενεκεδάκι και θερμαίνουμε το νερό μέχρι βρασμού. Πιάνουμε το τενεκεδάκι με μια λαβίδα και αντιστρέφοντάς το,   φέρνουμε το στόμιό του σε επαφή με την επιφάνεια της λεκάνης που είναι γεμάτη με νερό.

Η εσωτερική πίεση μειώνεται λόγω της υγροποίησης των ατμών κατά την ψύξη αφού μειώνεται η τάση κορεσμού τους με αποτέλεσμα η ατμοσφαιρική πίεση να συρρικνώσει το τενεκεδάκι ακαριαία.

γ. Το πείραμα με το βρασμένο αυγό.(σχ 17)

Θερμαίνουμε μέχρι βρασμού λίγο νερό σε μια φιάλη ζέσεως.

Μόλις αρχίσει ο βρασμός κατεβάζουμε τη φιάλη από τη φωτιά και τοποθετούμε στο στόμιό της ένα αυγό που έχουμε βράσει από πριν και καθαρίσει. Για καλύτερα αποτελέσματα πρέπει να το αλείψουμε με λίγο λάδι.

 Μετά από λίγη ώρα και καθώς η πίεση στο εσωτερικό της φιάλης πέφτει λόγω της μείωσης της τάσης κορεσμού των ατμών, το αυγό, σπρωγμένο από την ατμοσφαιρική πίεση θα παραμορφωθεί όσο χρειάζεται και θα περάσει από το στόμιο της φιάλης.

Αποδεικνύεται κι έτσι ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας λόγω του βάρους του ασκεί πίεση σ' όλα τα σώματα και προς όλες τις κατευθύνσεις.

Για να ερμηνευτεί ο νόμος του Μπερνούλι (ή κατ' άλλους Μπερνουγί) πρέπει να ορίσουμε την παροχή υγρού. Παροχή λοιπόν είναι ο όγκος του υγρού που περνάει από ένα σωλήνα προς τον αντίστοιχο χρόνο και δίνεται από τον τύπο:

Σχ. 18	Στο σχήμα 18, όπου το ρευστό είναι ακίνητο τα δύο μανόμετρα αποδεικνύουν ότι και στα δύο σημεία ασκείται ίση στατική πίεση(Ρ). Όταν το υγρό αρχίζει να κινείται (σχ.19), εμφανίζεται και μια δυναμική πίεση ίση με O Bernuli ανακάλυψε ότι το άθροισμα των δύο πιέσεων είναι σταθερό. Δηλαδή ότι =Σταθερό.
	Αυτά βεβαίως ισχύουν σε οριζόντιο σωλήνα, γιατί σε σωλήνα υπό κλίση εμπλέκεται και η υψομετρική διαφορά. Nόμος  του Μπερνούλι: Σε έναν οριζόντιο σωλήνα με μόνιμη ροή το άθροισμα της στατικής και δυναμικής πίεσης είναι σταθερό.

Παροχή = V/t

Αν αντικαταστήσουμε τον όγκο με το ισοδύναμό του S · L (επιφάνεια επί ύψος) προκύπτει η ακόλουθη σχέση:

 Παροχή = V/t = (S·L) / t = U·S 

Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να βρούμε την παροχή όταν ξέρουμε την διατομή του σωλήνα και την ταχύτητα του ρευστού.

Στο σχήμα 19, η παροχή είναι ίδια και στα δυό σημεία, τόσο στο S1 όσο και στο S2, αφού το υγρό είναι ασυμπίεστο. Το μόνο που αυξάνει στο δεύτερο σημείο (το στενότερο στόμιο) είναι η ταχύτητα ροής. Ο νόμος της συνεχείας λέει ότι : 

Π1=Π => U1·S1 = U2·S2 => S·U = Σταθερό

Ως αποτέλεσμα του νόμου του Bernuli στη μικρή διατομή, όπου η ταχύτητα είναι μεγάλη, το μανόμετρο θα δείξει μικρότερη στατική πίεση, αφού το όργανο αυτό μετράει μόνο τη στατική πίεση..Αντίθετα στη μεγάλη διατομή η στατική πίεση θα εμφανιστεί μεγαλύτερη αφού η ταχύτητα είναι σχετικά μικρή.

Ο νόμος αυτός έχει εφαρμογή στα υγρά που είναι ασυμπίεστα αλλά ισχύει και στα αέρια (αν και είναι συμπιεστά) μόνο για μικρές ταχύτητες μέχρι 540 km/h, διότι ως το όριο αυτό δεν αυξάνεται σημαντικά η πυκνότητα του ρευστού.

Μια εφαρμογή του νόμου είναι στο σπρέι. (σχ.21) Εκεί, όταν δεν πιέζουμε το έμβολο, τόσο μέσα στο σωληνάκι όσο και στην επιφάνεια του μικρού δοχείου έχουμε μια σταθερή στατική πίεση 1 Atm. Όταν πιέσουμε το έμβολο, πάνω από το σωληνάκι έχουμε μεγάλη ταχύτητα και άρα μικρή στατική πίεση (Ρ1) την οποία η  ατμοσφαιρική του δοχείου την ξεπερνά και πιέζει το υγρό προς τα πάνω.

Ένα πείραμα για την απόδειξη του Νόμου του Bernulli είναι αυτό που φαίνεται στο σχ. 20. Το μπαλάκι δεν πέφτει από το στόμιο του χωνιού όταν φυσάμε με δύναμη γιατί η στατική ατμοσφαιρική πίεση είναι μεγαλύτερη από την εσωτερική στατική πίεση που μειώνεται λόγω της αύξησης της ταχύτητας.

Σχ.20

Σχ.21

Η ταχύτητα αυξάνεται διότι η διατομή μεταξύ των τοιχωμάτων και του σφαιριδίου είναι πολύ μικρή.

To φαινόμενο Magnum περιγράφεται ως εξής: Αν περιστρέψουμε έναν κύλινδρο ο οποίος βρίσκεται μέσα σε ένα ρεύμα αέρος ή υγρού, προς την φορά του ρεύματος, τότε τα κοντινότερα με τον κύλινδρο μόρια του ρευστού θα παρασυρθούν  από αυτόν και θα αυξήσουν την ταχύτητά τους στο πάνω μέρος κινούμενα προς την κατεύθυνση της ροής ενώ στο κάτω μέρος του κυλίνδρου (σχ. 22)  θα παρασυρθούν αντίθετα με την κατεύθυνση της ροής με αποτέλεσμα η ταχύτητα του ρευστού σ' εκείνο το σημείο να μειωθεί.

Εξ αιτίας του νόμου του Bernulli αυξάνεται η από κάτω πίεση και εμφανίζεται άνωση.

Το αεροπλάνο πετάει κυρίως εξ αιτίας του σχήματος των πτερύγων του ως εξής:

Το ρεύμα αέρος δημιουργείται από την κίνηση του αεροπλάνου λόγω της μεγάλης του ταχύτητας..

Με το κατάλληλο σχήμα των πτερύγων και της ατράκτου, οι ρευματικές γραμμές στο πάνω κυρτό μέρος πυκνώνουν και στο κάτω μέρος αραιώνουν. Αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι η δυναμική πίεση πάνω να είναι πού μεγαλύτερη απ' ότι από κάτω.

Σύμφωνα με την αρχή του Μπερνούλι, το άθροισμα στατικής και δυναμικής πίεσης είναι σταθερό. Δηλαδή στο πάνω μέρος του αεροπλάνου με τη μεγάλη δυναμική πίεση έχουμε μικρή στατική και στο κάτω μέρος το αντίστροφο.

Κατά συνέπεια, η δύναμη που σπρώχνει το αεροπλάνο από κάτω είναι πολύ μεγαλύτερη από την πάνω δύναμη. Η διαφορά αυτών των δυνάμεων λέγεται δυναμική άνωση Α΄. Αν η Α΄ είναι μεγαλύτερη από το Βάρος του αεροπλάνου τότε το αεροπλάνο ανεβαίνει.

Στην αύξηση του μέτρου της άνωσης βοηθά και το φαινόμενο Magnum που αναπτύσσεται στο κάτω μέρος των πτερυγίων και που είναι αποτέλεσμα της κίνησης του αεροπλάνου μέσα στον αέρα.

Κύμα είναι μια διαταραχή που προχωρά με ορισμένη ταχύτητα (ταχύτητα κύματος) και μεταφέρει ενέργεια και όχι ύλη.

Όταν αναφερόμαστε στη συχνότητα μιλάμε για την ΠΗΓΗ και όχι για το ίδιο το κύμα. Η πηγή καθορίζει την συχνότητα.

Περίοδος Τ είναι ο χρόνος μιας πλήρους ταλάντωσης της πηγής.

Συχνότητα ν είναι ο αριθμός των ταλαντώσεων που γίνεται σε κάποιο χρονικό διάστημα δια του χρόνου αυτού. ().

Δηλαδή η συχνότητα εκφράζεται σε , αφού ο αριθμητής δεν έχει μονάδες. Το   λέγεται Hertz (Hz).

Μήκος κύματος

Σ' ένα ελατήριο το πρώτο μόριο κινείται με την πηγή. Το δεύτερο κινείται λίγο αργότερα, παρασυρόμενο από το πρώτο, στη συνέχεια το τρίτο κ.ο.κ Ο χρόνος που μεσολαβεί λέγεται διαφορά φάσης.

Όταν τα μόρια ταλαντώνονται κάθετα προς τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος τότε τα κύματα λέγονται εγκάρσια και σχηματίζουν "όρη" και "κοιλάδες":

Όταν τα μόρια ταλαντώνονται παράλληλα προς την διεύθυνση διάδοσης του κύματος τότε  τα κύματα αποκαλούνται διαμήκη και σχηματίζουν πυκνώματα και αραιώματα:

Στους σεισμούς τα διαμήκη κύματα είναι πιο γρήγορα από τα εγκάρσια και αυτή τους η ιδιότητα χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό των επικέντρων. (Χρονομετρείται η διαφορά άφιξής τους στα σεισμολογικά κέντρα, κι αφού είναι γνωστή η ταχύτητα διάδοσής τους στα διάφορα πετρώματα, υπολογίζεται με μεγάλη ακρίβεια το επίκεντρο του σεισμού)

ΔΥΟ ΟΡΙΣΜΟΙ ΤΟΥ  ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ

1. Μήκος κύματος λέγεται η απόσταση που διανύει η διαταραχή (το κύμα) σε χρόνο μιας περιόδου.

2. Επίσης μήκος κύματος λέγεται η απόσταση που απέχουν δύο σημεία "σε φάση". Σημεία σε φάση ονομάζονται εκείνα που απέχουν την ίδια απόσταση από τη θέση ισορροπίας και έχουν την τάση να μετακινηθούν προς την ίδια διεύθυνση.

Α,Β και Γ,Δ = “εν φάσει”

Η ταχύτητα του κύματος είναι ανάλογη με το μήκος του και την συχνότητά του. Δηλαδή: C=λ·ν

Ο ήχος είναι διάμηκες κύμα και γίνεται αντιληπτός από το ανθρώπινο αυτί, αν έχει συχνότητα από 16 Hz μέχρι 20.000 Hz. Εν τούτοις μόνο βρέφη μπορούν να ακούσουν αυτές τις υψηλές συχνότητες. Όσο μεγαλώνουμε τόσο περισσότερο μειώνεται η ικανότητά μας να ακούμε υψηλές συχνότητες. Γύρω στην ηλικία των 30 πέφτει στα 12.000 Hz.

Ο ήχος τρέχει με 340 m/sec. Η ηχώ και η αντήχηση οφείλονται στο μεταίσθημα. Το μεταίσθημα διαρκεί 1/10 του δευτερολέπτου και στον χρόνο αυτό ο ήχος διανύει 34 μ. Έτσι σε απόσταση μικρότερη των 17 μέτρων το μεταίσθημα δεν προλαβαίνει να σβήσει (17 + 17 =34) και γίνεται αντιληπτό το αίσθημα της αντήχησης. Η αντήχηση πρέπει να αποφεύγεται στις αίθουσες μουσικής, όπου προσπαθούμε να έχουμε όσο το δυνατόν λιγότερες ανακλάσεις των παραγόμενων ήχων.

Τα αντικειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου είναι αυτά που μπορεί να μετρηθούν με όργανα και είναι δύο:

- Συχνότητα, και

- Ένταση

Υποκειμενικά χαρακτηριστικά είναι αυτά που πέφτουν στην αντίληψή μας, αυτά που αισθάνεται το κυρίως αντιληπτικό μας όργανο, ο εγκέφαλος.

- Ύψος, ονομάζεται το υποκειμενικό χαρακτηριστικό που αντιστοιχεί στην συχνότητα και έχει να κάνει με το πόσο οξύς ή βαρύς (μπάσος) είναι. Εξαρτάται από το πόσο γρήγορα πάλλεται το ηχογόνο σώμα.

- Ακουστότητα είναι το χαρακτηριστικό του ήχου που μας επιτρέπει να διακρίνουμε τους ήχους σε δυνατούς και ασθενείς. Η ακουστότητα είναι αυτό που αντιλαμβανόμαστε και αντιστοιχεί στην ένταση. και εξαρτάται από το πόσο έντονα πάλλεται το ηχογόνο σώμα. Χαρακτηριστικό της ακουστότητας είναι η λογαριθμική και όχι αναλογική λειτουργία της. Ακριβώς το ίδιο συμβαίνει και με τον τρόπο που ο εγκέφαλός μας αντιλαμβάνεται το φως. Αν για παράδειγμα, σ' ένα δωμάτιο που δεν φωτίζεται καθόλου, ανάψουμε ξαφνικά το φως, το πολλαπλασιάσουμε δηλαδή 1000 φορές ή 106) στον εγκέφαλο το ερέθισμα θα είναι μόνο 6 φορές μεγαλύτερο. Διαφορετικά θα παθαίναμε σοκ και τα κύτταρα θα καταστρέφονταν.

Η ακουστότητα δίνεται από τον εξής τύπο:

To c είναι μια σταθερά που ονομάζεται σταθερά ακροατή. Όταν το c = 10 τότε έχουμε τον ιδανικό ακροατή, που σημαίνει ότι ακούει όλο το εύρος των συχνοτήτων και στη μικρότερη δυνατή ένταση.

Το J είναι η (μετρήσιμη) ένταση που φτάνει στο αυτί μας.

Το J0 είναι η ελάχιστη ένταση που μόλις γίνεται αντιληπτή, το ονομαζόμενο κατώφλι ακουστότητας.

Αν υποθέσουμε ότι ακούγεται ένας ήχος  J=103 ·J0 1000 φορές δηλαδή δυνατότερος από το κατώφλι ακουστότητας. Τότε για έναν ιδανικό ακροατή (c=10) o παραπάνω τύπος γίνεται:

Από τα παραπάνω συνάγεται ο ορισμός του Ντεσιμπέλ. Ήχος 130 dB είναι 1·1013   φορές μεγαλύτερος από το κατώφλι ακουστότητας (13 δισεκατομμύρια φορές!) Αυτό είναι και το όριο πόνου του ανθρώπινου αυτιού. Αντίθετα ήχος ενός dB μόλις που ακούγεται ξεπερνώντας το κατώφλι ακουστότητας.

- Χροιά του ήχου είναι η ιδιότητά του εκείνη που μας επιτρέπει να διακρίνουμε δυο ήχους με την ίδια ακουστότητα και το ίδιο ύψος, καθώς και το ηχογόνο σώμα που τον παράγει. Για να καταλάβουμε τη φύση της χροιάς πρέπει να γνωρίζουμε τα εξής:

Υπάρχουν τέσσερα είδη ήχων: ο απλός που μεταβάλλεται ημιτονοειδώς μετά του χρόνου, ο σύνθετος, που αποτελείται από δύο ή περισσότερους απλούς, ο θόρυβος που αποτελείται από τυχαία μεταβολή των συχνοτήτων του και ο κρότος που είναι μια απότομη ηχητική μεταβολή. Οι γραφικές παραστάσεις των ήχων αυτών μοιάζουν κάπως έτσι:

Με μαθηματικό τρόπο μπορούμε να αναλύσουμε τον κάθε σύνθετο ήχο στους επιμέρους απλούς που τον συνθέτουν. Τα χαρακτηριστικά που θα πάρουμε θα είναι η ένταση και η συχνότητα των συνιστώντων ήχων. Η ανάλυση αυτή ονομάζεται ανάλυση κατά Fourier.

Από τους ήχους αυτούς, αυτόν με τη μικρότερη συχνότητα ονομάζουμε πρώτο αρμονικό ή θεμελιώδη. Ο τρίτος πχ. αρμονικός θα έχει τριπλάσια συχνότητα από τον θεμελιώδη.

Η χροιά εξαρτάται από το πλήθος των απλών ήχων που αποτελούν τον ήχο που ακούμε καθώς το αυτί μας πραγματοποιεί μια ιδιότυπη "ανάλυση κατά Fourier". Όταν πρωτακούμε έναν ήχο, το αποτέλεσμα της ανάλυσης είναι η χροιά, το χρώμα, η ποιότητα του ήχου.

Κάθε σώμα έχει εσωτερική ενέργεια που οφείλεται στην κίνηση των δομικών του συστατικών. Το σύνολο των ενεργειών (δυναμικών και κινητικών) που εμπεριέχεται σε κάθε σώμα ονομάζεται εσωτερική ενέργεια του σώματος. Η Θερμική ενέργεια, τώρα, έχει σχέση με την κινητική ενέργεια των δομικών στοιχείων, αποχωριζομένης της δυναμικής.

Έτσι σ' ένα δοχείο με ένα τέλειο αέριο του οποίου τα σωματίδια έχουν μάζα αλλά όχι όγκο και δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ των ατόμων του, θα μπορούσαμε να μετρήσουμε μόνο την κινητική τους ενέργεια. Επειδή το να μετρηθεί η ενέργεια του κάθε μορίου ξεχωριστά είναι ανέφικτο θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε το Μ.Ο. των επί μέρους κινητικών ενεργειών. Αυτό είναι η θερμοκρασία. Προσοχή: Δεν είναι ενέργεια, απλώς εκφράζει την μέση τιμή της κινητικής ενέργειας των συστατικών του σώματος.

Κατά συνέπεια δεν λέμε ποτέ ότι ένα σώμα έχει πολλή ή λίγη θερμότητα. Μπορούμε να πούμε ότι έχει πολλή εσωτερική ενέργεια και άρα υψηλή θερμοκρασία.

Αυξανομένης της θερμοκρασίας αυξάνεται και η κινητική κατάσταση των μορίων, με αποτέλεσμα να απαιτείται περισσότερος χώρος για την κίνησή τους. Για το λόγο αυτό παρουσιάζεται το φαινόμενο της διαστολής του όγκου των σωμάτων όταν αυτά θερμαίνονται χωρίς να μεταβάλλεται εν τούτοις η φύση τους. Οι δομικές μονάδες όλων των σωμάτων βρίσκονται σε διαρκή κίνηση. Στα στερεά και στα υγρά η κίνηση είναι ταλάντωση γύρω από μια θέση ισορροπίας, στα αέρια η κίνηση είναι άτακτη.(κίνηση Μπράουν). Όταν σε ένα σώμα (στερεό-υγρό) προσφέρεται θερμική ενέργεια, τότε οι δομικές του μονάδες εκτελούν ταλαντώσεις μεγαλύτερου πλάτους και το μακροσκοπικό  αποτέλεσμα είναι η αύξηση του όγκου τους.. Στα αέρια η προσφορά θερμικής ενέργειας προκαλεί αύξηση της μέσης ελεύθερης διαδρομής των μορίων, της μέσης δηλαδή απόστασης που διατρέχει ένα μόριο μεταξύ δύο συγκρούσεων με άλλα μόρια του αερίου και τελικά το μακροσκοπικό αποτέλεσμα είναι η αύξηση του όγκου του αερίου, (ή της πίεσής του αν ο χώρος δεν επιτρέπει επέκταση του όγκου).

Η διαστολή των στερεών χωρίζεται σε:

α. Τη γραμμική διαστολή(Πείραμα : με τη συσκευή μέτρησης γραμμικής διαστολής)

β. Την επιφανειακή διαστολή

γ. Την κυβική  ή κατ΄ όγκον διαστολή.(Με το μπαλάκι και την τρύπα)

Στη γραμμική διαστολή οφείλεται το φαινόμενο του διμεταλλικού ελάσματος.

Η διαστολή των υγρών χωρίζεται σε

α. Απόλυτη και

β. Φαινομενική.

Η φαινομενική είναι αυτή που μετρούμε διότι ταυτόχρονα με το υγρό διαστέλλεται και το δοχείο κι έτσι ο συντελεστής διαστολής φαίνεται μικρότερος.

Αντίθετα απόλυτη διαστολή είναι αυτή που γίνεται στην πραγματικότητα.

Η διαστολή των αερίων γίνεται

α) με σταθερή πίεση και  (Πείραμα: Με το μπουκάλι και το μπαλόνι που το θερμαίνουμε)

β) με σταθερό όγκο

Η αύξηση του όγκου των σωμάτων δίνεται από τις εξής σχέσεις)

Vθ = V0 +ΔV (Ο όγκος μετά από θέρμανση (Vθ), ισούται με τον αρχικό (V0) συν κάποια διαφορά όγκου(ΔV))

ΔV = a · V0 · θ ( Η διαφορά του όγκου έχει σχέση με το υλικό (a = σταθ. υλικού), τον αρχικό όγκο (V0),και τη θερμική ενέργεια που προσφέρεται (θ)

Κατά συνέπεια η πρώτη σχέση γίνεται: Vθ = V0 + a · V0 · θ.

Η ανώμαλη διαστολή του νερού έχει μεγάλη σημασία για την οικονομία της φύσης. Ο πάγος όταν θερμαίνεται, για παράδειγμα από τους -20°  και πάνω, έχει κανονική συμπεριφορά και διαστέλλεται όπως όλα τα στερεά σώματα. Καθώς διαστέλλεται, βέβαια, μειώνεται και η πυκνότητά του. Μόλις φτάσει τους 0° C αρχίζει η τήξη του και για όση ώρα υπάρχει στερεό υλικό η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, όση κι αν είναι η παρεχόμενη θερμική ενέργεια.

 Όταν πια ολοκληρωθεί η διαδικασία της τήξης η θερμοκρασία αρχίζει να ανεβαίνει, αλλά παρατηρείται το εξής παράδοξο: Μέχρι η θερμοκρασία να φτάσει τους +4°C, το νερό συστέλλεται συνεχώς, και μόνο μετά από αυτό το όριο (των +4°C) αρχίζει να διαστέλλεται κανονικά όπως όλα τα υγρά.

Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το νερό να παρουσιάζει τη μεγαλύτερη πυκνότητα σε θερμοκρασία +4°C, γιατί στη θερμοκρασία αυτή ο όγκος του είναι ο μικρότερος.

Συνέπεια της ανωμαλίας αυτής είναι ότι όταν το νερό κατεβεί στη θερμοκρασία 0°C, τότε γίνεται πιο αραιό από το νερό που έχει θερμοκρασία γύρω στους +4°C και επομένως ανεβαίνει στην επιφάνεια, ενώ το νερό των +4 °C βαθμών πάει στον πυθμένα. Είναι δυνατόν λοιπόν το νερό να παγώσει στις θάλασσες και στις λίμνες μόνο στην επιφάνεια και κάτω από τον πάγο να υπάρχει νερό στους 4°C. Αυτό έχει μεγάλη σημασία για τη διατήρηση της ζωής στις θάλασσες και τις λίμνες.

Αυτό αποδεικνύεται αν βάλουμε ένα παγάκι σε ένα ποτήρι νερό. Τότε το παγάκι θα επιπλεύσει γιατί η πυκνότητά του είναι μικρότερη του νερού.

Αν αντίθετα βάλουμε ένα παγάκι λαδιού σε ένα ποτήρι λάδι, το "λαδοπαγάκι" θα βυθιστεί, διότι η πυκνότητά του είναι μεγαλύτερη από το υγρό λάδι.

Η εξάτμιση και ο βρασμός είναι μετατροπή υγρού σε αέριο. Η διαφορά τους είναι ότι στην εξάτμιση το υγρό μετατρέπεται σε αέριο μόνο από την επιφάνειά του, ενώ στο βρασμό, η "εξαέρωση" γίνεται απ' όλο το σώμα του υγρού. Γι' αυτό κατά τη διάρκεια του βρασμού παρουσιάζονται και οι "μπουρμπουλήθρες",

Στην εξάτμιση η θερμοκρασία πέφτει διότι απορροφάται ενέργεια από το περιβάλλον.

Πείραμα : Τυλίγουμε το θερμόμετρο με βαμβάκι ποτισμένο με οινόπνευμα

Τα σώματα  έχουν διαφορετικούς ρυθμούς εξάτμισης, διαφορετική πτητικότητα

Πείραμα: Γεμίζουμε βενζίνη και νερό τα πιατάκια του ζυγού και αφήνουμε να εξατμιστούν. Επίσης γεμίζουμε βενζίνη το ένα πιατάκι και ισορροπούμε απ' την άλλη με ένα δοκιμαστικό σωλήνα γεμάτο πάλι με βενζίνη. Θα εξατμιστεί γρηγορότερα από το πιατάκι, διότι έχει μεγαλύτερη επιφάνεια. Επίσης αν το θερμάνουμε (προσοχή όχι με φωτιά) πάλι θα εξατμιστεί γρηγορότερα..

Πείραμα: Αυτό αποδεικνύεται με το να βάλουμε νερό 80-90°C σε μια σύριγγα, γεμίζοντάς την ως τη μέση και αφαιρώντας τον αέρα. Αν κλείσουμε με το δάχτυλό μας το στόμιο της σύριγγας και τραβήξουμε το έμβολο προς τα πίσω δημιουργώντας συνθήκες υποπίεσης, τότε το νερό θα αρχίζει να βράζει παρά το γεγονός ότι η θερμοκρασία του είναι πολύ χαμηλότερη των 100°C.

Αντίθετα,

Στις χύτρες ταχύτητας, λόγω της αυξημένης θερμοκρασίας το νερό αρχίζει να βράζει στους 100°C. Επειδή όμως ο ατμός που δημιουργείται δεν έχει δρόμο διαφυγής, παραμένει στο χώρο της χύτρας αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό την τάση κορεσμένων ατμών. Αυξανομένης της πίεσης τα μόρια που έχουν περιέλθει σε αέρια κατάσταση επιστρέφουν στην υγρή και ο βρασμός σταματά.

Με την συνεχιζόμενη όμως προσφορά θερμικής ενέργειας, τα μόρια αποκτούν ξανά μεγαλύτερη κινητική ενέργεια,  η θερμοκρασία ανέρχεται και νέος αριθμός μορίων μεταπηδά στην αέρια φάση.

Ο βρασμός ξαναρχίζει με αποτέλεσμα να παραχθεί νέος ατμός που με τη σειρά του θα αυξήσει την πίεση και ούτω καθ' εξής μέχρις ότου πιεσθεί η βαλβίδα και το πλεόνασμα του ατμού εξέλθει από τη χύτρα. Τότε ο βρασμός συνεχίζεται αδιάκοπα μόνο που η θερμοκρασία είναι πολύ πάνω από τους 100°C, με αποτέλεσμα το φαγητό να "ψήνεται" γρηγορότερα.