У сьогоднішній статті поміркуємо про те, що таке фізичне тіло. Без сумніву, цей термін вже не раз зустрічався вам за роки шкільного навчання. З поняттями "фізичне тіло", "речовина", "явище" ми вперше стикаємося на уроках природознавства. Вони є предметом вивчення більшості розділів спеціальної науки - фізики. Згідно з визначенням, поняття "фізичне тіло" позначає певний матеріальний об'єкт, що володіє формою і явно вираженою зовнішньою межею, яка відділяє його від зовнішнього середовища та інших тел. Крім того, фізичному тілу притаманні такі характеристики, як маса і об'єм. Дані параметри є базовими. Але крім них є й інші. Мова йде про прозорість, щільності, пружності, твердості і т. п.

Фізичні тіла: приклади

Кажучи спрощено, будь-який з навколишніх предметів ми можемо назвати фізичним тілом. Найбільш звичні їх приклади - книжка, стіл, машина, м'яч, чашка. Простим тілом фізика називає те, чия геометрична форма нескладна. Складові фізичні тіла - це ті, що існують у вигляді комбінацій скріплених між собою простих тел. Наприклад, дуже умовно людську фігуру можна представити у вигляді сукупності циліндрів і куль. Матеріал, з якого складається будь-яке з тіл, іменується речовиною. При цьому вони можуть містити у своєму складі як одне, так і ряд речовин. Наведемо приклади. Фізичні тіла - столові прилади (виделки, ложки). Виготовлені вони найчастіше із сталі. Ніж може послужити прикладом тіла, що складається з двох різних видів речовин - сталевого леза і дерев'яної рукоятки. А такий складний виріб, як стільниковий телефон, проводиться з набагато більшої кількості "інгредієнтів".

Якими бувають речовини

Вони можуть бути природними і створеними штучно. У стародавні часи всі необхідні предмети люди виготовляли з натуральних матеріалів (наконечники стріл з каміння, теплу одяг зі звіриних шкур). З розвитком технічного прогресу з'явилися речовини, створені людиною. І в даний час таких - більшість. Класичним прикладом фізичного тіла штучного походження може служити пластик. Кожен його вид створювався людиною з метою забезпечення потрібних якостей того чи іншого предмета. Наприклад, прозорий пластик - для лінз окулярів, нетоксичний харчової - для посуду, міцний - для бампера автомобіля. Будь-який предмет (від кам'яного сокири до високотехнологічного пристрою) володіє рядом певних якостей. Одне з властивостей фізичних тіл - це їх здатність притягатися один до одного в результаті гравітаційної взаємодії. Вимірюється воно за допомогою фізичної величини, яка називається масою. За визначенням фізиків, маса тіл - це міра їх гравітації. Вона позначається символом m.

Вимірювання маси

Дана фізична величина, як і будь-яка інша, піддається вимірюванню. Щоб дізнатися, яка маса будь-якого предмета, потрібно порівняти його з еталоном. Тобто з тілом, маса якого приймається за одиницю. Міжнародною системою одиниць (СІ) ним вважається кілограм. Така "ідеальна" одиниця маси існує у вигляді циліндра, що представляє собою сплав іридію і платини. Даний міжнародний зразок зберігається у Франції, а копії його є майже в кожній з країн.
Крім кілограма використовують поняття тонни, грама або міліграма. Вимірюють ж масу тіла зважуванням. Це класичний спосіб для повсякденних розрахунків. Але в сучасній фізиці є й інші методи вимірювань, набагато більше сучасні високоточні. З їх допомогою визначають масу мікрочастинок, а також гігантських об'єктів.

Інші властивості фізичних тіл

Форма, маса і об'єм - найважливіші з характеристик. Але існують і інші властивості фізичних тіл, кожне з яких важливо в певній ситуації. Наприклад, предмети рівного обсягу можуть значно відрізнятися своєю масою, тобто мати різну щільність. У багатьох ситуаціях важливі такі характеристики, як крихкість, твердість, пружність або магнітні якості. Не слід забувати про теплопровідності, прозорості, однорідності, електропровідності та інших численних фізичних властивостей тіл і речовин. У більшості випадків усі такі характеристики залежать від тих речовин або матеріалів, з яких предмети складаються. Наприклад, гумові, скляні і сталеві кульки будуть мати абсолютно різними наборами фізичних якостей. Це має значення в ситуаціях взаємодій тіл між собою, наприклад вивченні ступеня деформації при їх зіткненні.

Про прийнятих наближень

Певні розділи фізики фізичне тіло розглядають як якійсь абстракції, що володіє ідеальними характеристиками. Наприклад, в механіці тіла представляються у вигляді матеріальних точок, що не мають маси і інших властивостей. Даний розділ фізики займається рухом таких умовних точок, і для вирішення поставлених тут завдань подібні величини принципового значення не мають. В наукових розрахунках часто застосовується поняття абсолютно твердого тіла. Таким умовно вважається не піддавалася ніяким деформацій, з відсутністю зміщення центру маси тіла. Дана спрощена модель дозволяє теоретично відтворювати ряд певних процесів.
Розділ термодинаміки в своїх цілях використовує поняття абсолютно чорного тіла. А це що таке? Фізичне тіло (якийсь абстрактний предмет), здатне поглинати будь-які потрапляють на його поверхню випромінювання. При цьому, якщо завдання вимагає, їм можуть випромінюватися електромагнітні хвилі. Якщо за умовами теоретичних розрахунків форма фізичних тіл не принципова, за замовчуванням вважається, що вона куляста.

Чому властивості тіл так важливі

Сама фізика як така сталася від необхідності осягнути закони, за якими ведуть себе фізичні тіла, а також механізми існування різноманітних зовнішніх явищ. До природних факторів можна віднести будь-які зміни в навколишньому середовищі, не відносяться до результатів людської діяльності. Багато з них люди використовують собі на користь, але інші можуть бути небезпечними і навіть катастрофічними. Дослідження поведінки і різних фізичних властивостей тіл необхідно для людей з метою передбачення несприятливих факторів і попередження або зменшення наноситься ними шкоди. Наприклад, будівництвом хвилеломів люди звикли боротися з негативними проявами морської стихії. Протистояти землетрусам людство навчилося розробкою особливих сейсмостійких конструкцій будівель. Несучі частини автомобіля виготовляються в особливій, ретельно вивіреною формою для зменшення пошкоджень при аваріях.

Про структуру тел

Згідно з іншим визначенням, термін "фізичне тіло" має на увазі все те, що можна визнати реально існуючими. Будь-який з них обов'язково займає частину простору, а речовини, з яких вони складаються, є сукупністю молекул певної структури. Інші, більш дрібні частинки його - атоми, але і кожен з них не є чим-небудь неподільним і зовсім простим. Будова атома досить складно. У його складі можна виділити позитивно і негативно заряджені елементарні частинки - іони. Структура, згідно з якою такі частинки шикуються в певну систему, для твердих тіл носить назву кристалічної. Будь кристал володіє певною, строго фіксованою формою, що говорить про упорядкованому русі і взаємодії його молекул і атомів. При зміні структури кристалів відбувається порушення фізичних властивостей тіла. Від ступеня рухливості елементарних складових залежить його агрегатний стан, який може бути твердим, рідким або газоподібним. Для характеристики даних складних явищ використовується поняття коефіцієнтів стиснення або об'ємної пружності, які є взаємно зворотними величинами.

Рух молекул

Стан спокою ні атомів, ні молекул твердих тіл не притаманне. Вони знаходяться в постійному русі, характер якого залежить від теплового стану тіла, і впливів, яких вона в даний момент піддається. Частина елементарних частинок - негативно заряджених іонів (іменованих електронами) рухається з більшою швидкістю, ніж мають позитивний заряд. З точки зору агрегатного стану, фізичні тіла - це тверді предмети, рідини або гази, що залежить від характеру молекулярного руху. Вся сукупність твердих тіл може бути поділена на кристалічні і аморфні. Рух частинок у кристалі визнано повністю впорядкованим. У рідинах молекули рухаються зовсім іншим принципом. Вони переходять з однієї групи в іншу, що можна образно уявити подібно переходять з однієї небесної системи в іншу комет. У будь-якому з газоподібних тіл молекули володіють набагато більш слабкою зв'язком, ніж в рідких або твердих. Частинки там можна назвати отталкивающимися один від одного. Пружність фізичних тіл визначається поєднанням двох головних величин коефіцієнта зсуву і коефіцієнта об'ємної пружності.

Плинність тел

При всіх значних відмінностях твердих і рідких фізичних тіл між собою у властивостях їх багато спільного. Частина з них, іменованих м'якими, займають проміжне агрегатний стан між першими і другими з притаманними і тим, і іншим фізичними властивостями. Така якість, як плинність, можна виявити в твердому тілі (приклад - лід або шевський вар). Притаманне воно і металів, у тому числі досить твердим. Під тиском більшість з них здатна текти подібно рідини. Поєднавши і нагрівання два твердих шматка металу, можливо спаяти їх в єдине ціле. Причому процес споювання протікає при температурі значно нижчій, ніж точка плавлення кожного з них. Цей процес можливий за умови повного зіткнення обох частин. Саме таким способом отримують різні металеві сплави. Відповідне властивість називають дифузією.

Про рідинах і газах

За результатами численних експериментів учені прийшли до наступного висновку: тверді фізичні тіла - це не якась відособлена група. Відмінність між ними і рідкими полягає лише в більшому внутрішньому терті. Перехід речовин в різні стани відбувається в умовах певної температури. Гази відрізняються від рідин і твердих тіл тим, що збільшення сили пружності навіть при сильній зміні обсягу в них не відбувається. Відмінність між рідинами і твердими тілами - у виникненні пружних сил у твердих тілах при зсуві, тобто зміну форми. Цього явища не спостерігається в рідинах, які можуть прийняти будь-яку з форм.

Кристалічні та аморфні

Як уже згадувалося, два можливих стани твердих тіл - аморфне і кристалічна. До аморфним відносяться тіла, що володіють однаковими фізичними властивостями в усіх напрямках. Дане якість іменуються изотропностью. В якості прикладу можна навести затверділу смолу, вироби з бурштину, скло. Їх ізотропності - результат хаотичного розташування молекул і атомів в складі речовини. У кристалічному стані елементарні частинки розташовані в строгому порядку і існують у вигляді внутрішньої структури, що періодично повторюється в різних напрямках. Фізичні властивості таких тіл відрізняються, але в паралельних напрямах вони збігаються. Таке властивість, властиве кристалам, іменують анізотропного. Її причина - неоднакова сила взаємодії між молекулами і атомами в різних напрямках.

Моно - і полікристали

У монокристалів внутрішня структура однорідна і повторюється в усьому обсязі. Полікристали виглядають як безліч хаотично зрощених один з одним невеликих кристалітів. Складові їх частки розташовуються на строго певній відстані один від одного і в потрібному порядку. Під кристалічною решіткою розуміється сукупність вузлів, тобто точок, які служать центрами молекул або атомів. Метали з кристалічною структурою служать матеріалом для каркасів мостів, будівель та інших міцних конструкцій. Саме тому властивості кристалічних тіл ретельно вивчаються в практичних цілях. На реальні характеристики міцності чинять негативний вплив дефекти кристалічної решітки, як поверхневі, так і внутрішні. Подібним властивостями твердих тіл присвячений окремий розділ фізики, що називається механікою твердого тіла.