Fizyka w życiu codziennym-prezentacja stypendialna Anna Orzeł Gimnazjum im. bł. Jana Pawła II w Miedznie

Fizyka w życiu codziennym. Fizyka to nauka, która znalazła ogromne zastosowanie w życiu codziennym. Osiągnięcia fizyków wykorzystywane są w różnych dziedzinach działalności człowieka. Wszystko, co dzieje się wokół nas można wytłumaczyć za pomocą praw fizyki. Przygotowana prezentacja odwołuje się do niektórych przykładów z otaczającej nas rzeczywistości i ma na celu przekonać wszystkich, że nie jest to przedmiot oderwany od realnego świata.

Dlaczego z kranu leci woda? Zbudowanie całej sieci wodociągowej dostarczającej wody do milionów mieszkań, wymagało wykorzystania w praktyce prostego prawa fizyki o naczyniach połączonych. Mówi ono, że poziom cieczy jednorodnej w naczyniach połączonych jest równy. W praktyce można to łatwo sprawdzić, jeśli połączymy ze sobą kilka naczyń o różnym kształcie i nalejemy do środka wody (lub innej cieczy) w każdym z tych naczyń woda zatrzyma się na tym samym poziomie. Zjawisko to wykorzystano do budowy sieci wodociągowej. Woda w niej jest tłoczona do wysokiej wieży ciśnień, skąd woda swobodnie spływa, utrzymując swój poziom na wysokości najwyższego naczynia. To, że woda leci z kranu, to nic innego jak najbardziej powszechne prawo fizyki, czyli grawitacja. Jeśli do wodociągu podłączymy budynek z kranem położonym powyżej wieży ciśnień, woda z niego nie poleci, bowiem jej poziom będzie zbyt niski.

Wieże ciśnień. Wraz ze wzrostem wysokości słupa cieczy wzrasta ciśnienie, zwane ciśnieniem hydrostatycznym. Znalazło to zastosowanie w stosowanych dawniej wieżach ciśnień. Pompy zasilane maszynami parowymi tłoczyły wodę na górę wieży. Woda dochodziła do wszystkich pięter budynku, gdy zbiornik z wodą znajdował się powyżej wysokości budynku. Obecnie wydajne pompy utrzymują wodę pod ciśnieniem, co umożliwia jej dojście na najwyższe piętra budynków.

Dlaczego woda gotując się w czajniku, powoduje świst w gwizdku? Gwizdek wydaje się czymś banalnym, ale wyobraźcie sobie, że wynaleziono go całkiem niedawno – pierwszy patent na „urządzenie alarmujące do naczyń kuchennych” złożono w Stanach Zjednoczonych w 1909 roku. A jak to działa? Bardzo prosto, gotująca się woda zamienia się w parę wodną, która pod rosnącym ciśnieniem wydostaje się na zewnątrz przez otwór w gwizdku. Ponieważ otwór jest niewielki, wydostające się na zewnątrz cząsteczki pary drgają z tak dużą częstotliwością, że powstaje słyszalna fala dźwiękowa znana przez nas potocznie gwizdem.

Jak działa szybkowar? Klasycznym urządzeniem wykorzystującym prawa fizyki jest szybkowar, urządzenie wynalezione w XVII wieku przez Denisa Papina, ale używane w kuchni także dzisiaj. Szybkowar to garnek posiadający bardzo szczelną pokrywę. Dzięki niej podczas gotowania para wodna nie może się wydostać na zewnętrz, a to zgodnie z prawami fizyki powoduje wzrost ciśnienia. To z kolei powoduje szybki wzrost temperatury wody, dzięki temu potrawy znajdujące się w środku szybkowaru gotują się szybciej.

Jak działa termos? Niektórzy mogą sądzić, że to grube ściany termosu sprawiają, że napój wolniej się chłodzi, ale wystarczy do środka wlać zimnej wody, aby sprawić, że nawet gdy termos wystawimy na gorące promienie słoneczne, napój w środku pozostanie chłodny. Jak to się dzieje? Termos izoluje umieszczony w środku napój, sprawiając, że nie dochodzi od wyrównania jego temperatury z temperaturą otoczenia. Dzieje się tak, ponieważ termos ma podwójne ściany, między którymi znajduje się szczelina, z której wypompowuje się powietrze tak, aby powstała w nich próżnia techniczna. Bardzo niskie ciśnienie gazu w próżni gwarantuje skrajnie małą przewodność całego układu, gdyż niemal do zera spada możliwość przekazywania ciepła.

Dlaczego garnki są wykonane ze stali? Garnki wykonuje się ze stali, ponieważ dobrze przewodzi ciepło i ma wysoką temperaturę topnienia. Jest też twarda i wytrzymała. Stal składa się głównie z żelaza o temperaturze topnienia 1435°C. Garnków nie wykonuje się z ołowiu, ponieważ ma bardzo niską temperaturę topnienia.

Kiedy herbata dłużej będzie ciepła? Zrobione są dwie gorące herbaty. Do jednej z nich nalewamy zimnego mleka na początku, a do drugiej po pewnym czasie. Która z nich będzie dłużej ciepła? Ta, do której nalejemy chłodnego mleka na początku. Dzieje się tak dlatego, że po zmniejszeniu temperatury herbaty oddaje ona ciepło dużo wolniej do otocznia niż gorąca woda.

Jak działa mikrofalówka? Umożliwia ona szybkie podgrzanie jedzenia poprzez wykorzystanie fal elektromagnetycznych. Są one wytwarzane przez znajdujący się z tyłu mikrofalówki magnetron i kierowane do wnętrza kuchenki. Fale sprawiają, że cząsteczki jedzenia (a konkretnie wody, cukru lub tłuszczu) zaczynają drgać, a drgania powodują, że jedzenie staje się gorące. Fal elektromagnetycznych nie pochłania jednak powietrze, plastik, ceramika czy szkło. Dlatego w mikrofalówce rozgrzewa się samo jedzenie, a naczynie i otaczające je powietrze raczej nie zmieniają swojej temperatury pod wpływem działania fal. Zdarza się jednak, że po wyjęciu talerza z mikrofalówki, on także jest gorący, ale podgrzał się nie od fal, ale to podgrzanego jedzenia.

Wekowanie słoików, czyli jak nasze babcie wykorzystują fizykę. Wekowanie przykład pasteryzacji. Polega na tym, że słoiki z konfiturami, kompoty czy kiszone ogórki umieszcza się w bardzo gorącej (ale nie wrzącej wodzie). Samo szczelne zamknięcie słoika nie wystarczy do zabezpieczenia żywności, bo w słoiku nadal znajduje się pewna ilość powietrza. Dzięki podwyższeniu temperatury zawartość słoika rozszerza się (to zjawisko rozszerzalności temperaturowej ciał), wypychając powietrze ze słoika. Po wyjęciu słoików z gorącej wody stawia się je do góry dnem, przez co powietrze powoduje wklęśniecie nakrętki – po tym można poznać, że słoik został zawekowany właściwie.

Jak działa radio? To wynalazek opracowany po praktycznym odkryciu i wykorzystaniu fal elektromagnetycznych, czyli przebiegów zmiennego prądu, wypromieniowanych w tzw. eter jako pole elektromagnetyczne przy pomocy anteny. Dzięki falom możemy przesyłać informacje. Pierwsze systemy radiowe do przekazywania tych informacji używały alfabetu Morse’a – wysyłanych kolejno dłuższych i krótszych impulsów fal elektromagnetycznych oddzielonych przerwami. Później odkryto sposób nakładania na te fale innych informacji takich jak dźwięki, obrazy i informacje cyfrowe. Wraz z rozwojem techniki pojawiały się także coraz doskonalsze rodzaje odbiorników i nadajników, przez co korzystanie z radia stało się coraz powszechniejsze i wygodniejsze.

Jak działa telefon? Telefon to praktyczne wykorzystanie odkrycia zjawiska istnienia fal radiowych. Telefon komórkowy przesyła sygnały radiowe do urządzenia nadawczo-odbiorczego (tzw. stacji bazowej). System tworzą ukierunkowane anteny, które transmitują i odbierają na kilku częstotliwościach zakodowany cyfrowo sygnał. Działający, sprawny telefon komórkowy stale wysyła sygnały o swojej dostępności we wszystkich kierunkach dzięki wbudowanym nadajnikom. Jeśli znajduje się w polu stacji bazowej, odbiera te sygnały i prowadzi je do następnej centralnej sieci kontrolnej, której podlegają grupy stacji bazowych. Z kolei stacje kontrolne powiązane są z centralą, której funkcją jest ustanawianie przejścia do normalnej sieci telefonii. Dzięki temu za pomocą telefonu komórkowego możemy połączyć się praktycznie z każdego miejsca na Ziemi.

Upały a temperatura w mieszkaniu. Jeśli chcemy, aby w upalne dni w naszym mieszkaniu było chłodno, powinniśmy zamykać okna, a także opuszczać rolety czy żaluzje lub zasłaniać okna zasłonami. W innym przypadku wpadające przez okno promienie słoneczne nagrzeją ściany naszego mieszkania, a w konsekwencji podniosą panującą w nim temperaturę.

Jak działa pilot od telewizora? Wewnątrz pilota zamontowany jest układ elektroniczny, który generuje sygnały odpowiadające naciśniętemu przyciskowi. Wytworzony kod binarny trafia do nadajnika wysyłającego sygnał do sterowanego urządzenia (odbiornika). Odbiornik (np. telewizor) analizuje otrzymany sygnał i wykonuje odpowiednią funkcję. Standardowo każdy pilot i odpowiadający mu odbiornik posiada wbudowany ten sam zestaw kodów pozwalający na realizację zdalnego sterowania. W dzisiejszych konstrukcjach nadajnikiem jest zazwyczaj dioda LED, emitująca światło bliskie podczerwieni. Od 1956 roku do lat 80. XX w. jako nośnik sygnału stosowano również ultradźwięki.

Okulary a wada wzroku. Przy prawidłowo działających oczach widziany obraz powstaje na siatkówce. Jeśli mamy wadę wzroku, obraz zamiast na siatkówce, powstaje za lub przed siatkówką. Ludzkość wykorzystując wiedzę z dziedziny fizyki, jaką jest optyka, opracowała okulary – szkła przed oczami zakrzywiają wpadające przez źrenicę promienie światła tak, by obraz powstawał na siatkówce, a nie przed nią lub za nią. Szkła można zamontować w okularach lub soczewkach korekcyjnych. W ten sposób fizyka w praktyce eliminuje niedoskonałość naszego ciała, a tym samym poprawia jakość naszego życia. Gdyby nie okulary, wiele osób byłoby skazanych na znacznie utrudnione funkcjonowanie.

Dlaczego odbijamy się w lustrze? Lustro jest wykonane ze szkła, na którego powierzchnię napylono warstwę srebra. Dlaczego akurat srebra? Wynika to z faktu, że fale widzialne nie wnikają w metale, tylko się odbijają. Gdybyśmy mieli do czynienia z kawałkiem szkła bez srebra, byłaby to szyba, która przepuszcza promienie, a zatem zobaczylibyśmy w niej nie odbicie, ale obraz tego, co znajduje się za szybą. Własności odbijające lustra zależą od gęstości elektronów w metalu i długości fali oraz uporządkowania powierzchni. Obraz powstały w lustrze jest obrazem pozornym i symetrycznym względem płaszczyzny zwierciadła. Oznacza to, że zarówno źródło jak i jego obraz są tej samej wielkości, a ich odległości od zwierciadła są jednakowe.

Chodzenie jako przykład tarcia. Najbardziej oczywistym przykładem użycia zjawiska tarcia w praktyce jest chodzenie. Gdyby nasze stopy w zetknięciu z podłożem nie natrafiały na jakiekolwiek tarcie, nie bylibyśmy w stanie zrobić nawet jednego kroku, natychmiast byśmy się poślizgnęli. Dobrze to widać, jeśli porównamy chodzenie po różnych powierzchniach. Najwygodniej chodzi nam się po twardym, ale nie śliskim podłożu. Na mokrej trawie możemy się poślizgnąć, a chodzenie po lodzie, aby się nie wywrócić, jest już naprawdę bardzo trudne. Nawet jednak lód powoduje jakieś tarcie. Gdyby go nie było w ogóle, chodzenie byłoby całkowicie niemożliwe.

Dlaczego samochód jedzie? Po uruchomieniu silnika przez kierowcę tłok przesuwa się w górę, sprężając mieszankę, zawór wlotowy zostaje zamknięty. Sprężanie wzbudza cząsteczki, podwyższając temperaturę do przynajmniej 393 stopni Celsjusza. Gdy iskra ze świecy zapali sprężoną mieszankę, kontrolowane spalanie powoduje, że gazy szybko rozprężają się, wymuszając opadanie tłoka w dół. W czwartym i ostatnim etapie następuje otwarcie zaworu wydechowego, tłok unosi się, wypychając gazy spalinowe na zewnątrz cylindra, i pozostaje w pozycji uniesionej, gotów do rozpoczęcia następnego cyklu pracy. Układy przekładni przenoszą ruchy tłoka w górę i dół na koła, powodując ich obrót. Obracanie kół sprawia, że samochód zaczyna się przemieszczać.

Dlaczego zapinamy pasy w samochodzie? I zasada dynamiki definiuje bezwładność ciał, głosząc, że „Jeżeli wypadkowa wszystkich sił działających na dane ciało jest równa zeru, to ciało to pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.” Osoby siedzące w środku nawet gdyby bardzo chciały, nie są w stanie powstrzymać siły, która w wyniku hamowania wyrzuci ich do przodu. Aby temu przeciwdziałać, wymyślono pasy bezpieczeństwa, które uniemożliwiają naszemu ciału w wyniku hamowania gwałtowny ruch do przodu. W skrajnych przypadkach, gdy osoba jadąca samochodem nie miała zapiętych pasów, może przelecieć przez przednią szybę, co często kończy się śmiercią.

Dlaczego statek nie tonie? To nic innego, tylko fizyka w praktyce, a konkretniej prawo Archimedesa. To on jako pierwszy zauważył, że na każdy przedmiot zanurzony w wodzie działa pewna siła nazywana siłą wyporu, a jej kierunek jest przeciwny do siły ciężkości zanurzonego ciała, natomiast wartość siły równa jest ciężarowi wody, jaka została wyparta przez zanurzony w niej przedmiot. Przedmiot tonie w cieczy, gdy ma dużą gęstość (a nie masę!), a mówiąc ściślej, gdy jego gęstość jest większa od gęstości cieczy; przedmiot pływa po powierzchni cieczy, gdy relacja pomiędzy gęstościami jest odwrotna. Klocek zrobiony w całości z metalu tonie, ponieważ ma większą gęstość niż woda. Statek zrobiony z metalu nie tonie, ponieważ na jego gęstość składa się nie tylko metal, ale także powietrze wypełniające cały kadłub. W sumie gęstość całego statku jest mniejsza od gęstości cieczy.

Dlaczego można latać balonem? Do uniesienia balonu wystarczy bowiem wykorzystanie w praktyce prawa fizyki, które mówi, że gorące powietrze jest lżejsze od chłodniejszego. Z tego powodu u wlotu do balonu znajduje się palnik, który ogrzewa powietrze. Kiedy ogrzeje się go wystarczającą ilość, siła unoszącego się gorącego powietrza zacznie napierać na ściany balonu tak mocno, że ten zacznie się unosić w górę. Im większy balon, tym więcej gorącego powietrza może go wypełnić, a tym samym może się wznieść na jeszcze większą wysokość. Aby balon z powrotem spadł na ziemię, wystarczy wyłączyć palnik i poczekać, aż odpowiednia ilość powietrza się ochłodzi.

Jak działa żarówka?    Jednym z urządzeń, które działa dzięki wykorzystaniu prądu elektrycznego jest żarówka. Prąd elektryczny wpływa do niej i przepływa przez drucik, który stawia opór z uwagi na swoja małą średnicę i materiał, z którego jest zrobiony. Energia wydzielana przy przepływie prądu przez drucik podgrzewa go do wysokiej temperatury. Staje się on wtedy źródłem ciepła i światła.

Działanie żelazka, tostera itp. Wiele domowych urządzeń elektrycznych ma w środku, podobnie jak żarówka opornik elektryczny rozgrzewający się, kiedy płynie w nim prąd, zmieniając w ten sposób energię elektryczną w energię cieplną. Tak działa na przykład żelazko, elektryczny piekarnik, toster, piecyk elektryczny, czy suszarka do włosów.

Czesanie włosów a fizyka Często włosy przyciągają się z grzebieniem. Podczas czesania włosów następuje proces elektryzowania ich. Włosy takie "stają dęba", ponieważ naładowane są jednoimiennymi ładunkami (wszystkie włosy są naelektryzowane tak samo - nie ma możliwości, by jeden włos naelektryzował się dodatnio, a drugi ujemnie). Ładunkiem o przeciwnym znaku ładuje się grzebień. By sprawdzić, że grzebień też jest naelektryzowany można wykonać proste doświadczenie. W tym celu należy taki grzebień zbliżyć do małego strumyka wody lecącej z kranu. Strumyk ten powinien się odchylić od pionu. Odchylenie to będzie tym większe im bardziej naelektryzowany był grzebień.

Ogrzewanie domu a fizyka. W instalacjach obejmujących jeden budynek woda może krążyć w wyniku zmian gęstości przy zmianach temperatury (CO grawitacyjne) lub jej przepływ jest wymuszany pompą. W większych instalacjach stosuje się wyłącznie systemy z wymuszonym obiegiem. Z uwagi na to, iż ogrzewanie grawitacyjne wymaga zastosowania rur o większej średnicy i większej powierzchni grzejników (znacznie mniejszy przepływ czynnika grzewczego przez grzejniki), obecnie prawie w ogóle nie jest stosowane.

Dlaczego w lato nosimy jasne ubrania? Przedmioty czarne, na które pada światło słoneczne, bardzo się nagrzewają, ponieważ pochłaniają światło o wszystkich barwach. Natomiast przedmioty białe są chłodniejsze, ponieważ odbijają wszystkie długości fali czyli barwy. Dlatego w ciepłych krajach, a u nas w upalne dni, dobrze jest wkładać ubrania wykonane z białych tkanin.

Dlaczego długopis zostawia ślad na kartce? To przykład fizyki w praktyce, a konkretniej zjawiska tarcia. Pisanie to nic innego jak tarcie powstające między wkładem długopisu a powierzchnią kartki. Gdyby zjawisko tarcia nie istniało, na kartce niemożliwe byłoby zostawienie śladu po długopisie. To samo dotyczy innych przedmiotów służących do pisania jak ołówki, pióra, kredki czy flamastry.

Jak powstaje tęcza? Tęcza powstaje w wyniku rozczepienia światła załamującego się i odbijającego wewnątrz kropli wody. Kolory tęczy powstają, kiedy światło słoneczne przenika przez kropelki deszczu, woda rozprasza światło białe na składowe o różnych długościach fal.

Dlaczego duże kawałki płatków znajdują się na wierzchu? Podczas podróży opakowania z żywnością poddawane są różnym wstrząsom, które oddziałują na nie głównie od spodu i sprawiają, że te miarowo podskakują. Przy odpowiedniej częstotliwości takich ruchów większe kawałki (np. orzechy) naszego musli z łatwością przedzierają się ku górze, a tworzące się w ich miejsce luki wypełniane są drobinami. Zjawisko to nazwane zostało efektem orzecha brazylijskiego.

Picie napojów przez słomkę a fizyka. Picie napojów przez słomkę jest przykładem wykorzystania ciśnienia atmosferycznego. Wciągając do płuc powietrze ze słomki, obniżamy w niej ciśnienie powietrza a wówczas ciśnienie atmosferyczne "wpycha" napój do słomki i przepływa do ust pijącego.

Śnieg na chodnikach a fizyka. Dolne warstwy śniegu długo leżącego na chodniku z tych samych przyczyn są zlodowaciałe. Bowiem wskutek ciśnienia wywieranego przez osoby po nim chodzące, dolne warstwy topią się i ponownie zamarzają. Podobnie dolne warstwy lodowców, znajdujące się pod silnym ciśnieniem górnych warstw, topnieją i umożliwiają "spływanie" lodowców.

Wilgoć i chłód w piwnicy. W piwnicy albo niezbyt głębokiej kopalni temperatura jest zwykle niższa, niż latem na powierzchni Ziemi, ponieważ zimne powietrze opada na dół, a ciepłe unosi się do góry. Gdy temperatura na dole jest niższa to ciepłe powietrze nie dostanie się na dół. Brak jest ruchu powietrza. Z tych samych powodów w piwnicy i sztolniach utrzymuje się wilgoć.

Konserwowanie żywności. Niektóre artykuły spożywcze są konserwowane przez poddawanie ich działaniu promieni gamma. Napromieniowanie niszczy grzyby, bakterie, larwy, insekty i wirusy. Przedłuża to znacznie przydatność do spożycia, gdyż opóźnia procesy rozkładu. Dla przykładu pokazano truskawki pochodzące z jednego zbioru, po lewej nie poddane napromieniowaniu oraz po prawej naświetlone promieniowaniem gamma. Różnica ujawnia się już w ciągu kilku dni.

Dziękuję za uwagę! 

Źródła: https://www.google.pl/search?q=fizyka+%C5%9Bmieszne&biw=1366&bih=657&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjCmK2k06fMAhWkKJoKHdueBFUQ_AUIBigB#tbm=isch&q=fizyka+demotywatory&imgrc=_ https://pl.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Strona_g%C5%82%C3%B3wna http://bjj.net.pl/ http://fizyka.net.pl/ciekawostki/start.html