VI класс

После изучения понятия плотности и темы "Силы взаимодействия между молекулами в твердых телах, жидкостях и газах" можно ознакомить учащихся с одним из направлений новой техники - получением конструкционных материалов. В десятой пятилетке увеличивается производство новых материалов, расширяется их номенклатура и улучшается использование, что обеспечивает рост выпуска черных и легких цветных металлов и их сплавов, пластмасс, синтетических смол, клееных и прессованных материалов на основе древесного сырья, нержавеющей и трансформаторной стали, особо чистых и специальных материалов для некоторых отраслей промышленности, специальных сор тов стекла, например теплозащитного.

Конечно, достаточно полно объяснить шестиклассникам физические и химические основы получения материалов с заданными свойствами невозможно. Однако возможно такое объяснение: на основе знания о строении твердых тел, о силах взаимодействия молекул в них делается вывод о существовании веществ с различными механическими свойствами. Различные твердые тела отличаются друг от друга по плотности, прочности и упругим свойствам за счет отличия их внутреннего строения. Прочность зависит от степени чистоты материала: чистый материал прочнее материала, содержащего примеси. На основании этого установлены способы получения особо прочных веществ. Например, очищая металлы, получают сверхпрочные медные образцы, выдерживающие нагрузку 6*10⁹ Па вместо обычных 1,8*10⁸ Па, и железные, выдерживающие нагрузку 1,4*10¹¹ Па вместо обычных 2*10⁸-3*10⁸ Па. Прочность металлов увеличивается также при их обработке под высоким давлением.

Известно, что металлические конструкционные материалы обеспечили исторически быстрый переход человечества от условий каменного века к современной цивилизации. Несмотря на то что сейчас в технике и быту все большее распространение получают химические и строительные материалы, роль "лидера" по-прежнему принадлежит металлическим материалам, а среди них - железу и его сплавам. За последние 100 лет мировой выпуск стали возрос более чем в 100 раз и к 1976 г. достиг более 600 млн. т, что значительно превышает производство других металлов, вместе взятых.

В связи с изучением плотности можно ознакомить учащихся с некоторыми свойствами сплавов, их значением и применениями, учитывая, что в других местах курса физики сведения о сплавах даются только в таблицах.

Сплавляя в определенном соотношении различные металлы, получают и особо твердые сплавы (иридий, молибден, сталь), которые необходимы для изготовления металлорежущего инструмента. Среди основных направлений развития народного хозяйства СССР на 1975-1980 гг. указано производство новых высокостойких твердых сплавов, особенно титана.

Титан - этот "металл космического века" (так названа статья о титане в журнале "Наука и жизнь", 1972, № 1) - обладает при плотности 4500 ^кг/_м³ прочностью, в 2 раза большей, чем железо, и в 6 раз большей, чем алюминий. Применение легкого и прочного металла в авиации позволило уменьшить массу самолетов в среднем на 20%. Прочность сплавов титана не снижается при их нагревании до 500-600 °С. Такое свойство титановых сплавов и высокая температура плавления самого титана (1668°С) сделали его незаменимым в сверхзвуковой авиации - некоторые части самолета, сильно нагревающиеся при трении, изготовляют из титана (например, у самолета Ту-144, скорость полета которого может достигать 2500 ^км/_ч). В будущем предполагается изготовлять из титановых сплавов от 60 до 90% деталей, входящих в конструкцию самолетов, летающих со скоростями, в три раза превосходящими скорость звука. Титан будет применяться для конструкций, монтируемых в космосе. Успешные эксперименты по автоматической сварке и резке титана проделали в космическом пространстве космонавты Г. С. Шонин и В. Н. Кубасов во время группового полета космических кораблей в 1969 г. Исследования по сварке в космосе продолжаются экипажами космических станций "Салют".

Из титана изготовлена облицовка монумента, сооруженного в 1964 г. в Москве в честь покорителей космоса, им частично облицован монумент, воздвигнутый в Бресте в честь героических защитников Брестской крепости.

Таблица 3

Чтобы лучше ознакомить учащихся со свойствами новых материалов, полезно предложить им в качестве классного и домашнего задания определить плотность таких материалов, как плексиглас, капрон, пенопласт и др. Образцы эти следует использовать и как раздаточный материал при изучении свойств тел. Имеющийся в нашем распоряжении набор искусственных и естественных химических элементов - сырье для получения всех материалов. Чугун, сталь, бронза, латунь - это сплавы, в составе которых содержится до десятка различных химических элементов.