David Sang
Fizika 10-11Për klasën e dhjetë
dhe njëmbëdhjetë, gjimnaz
Pjesa e parë
Përktheu dhe përshtati: Prof. Dr. Margarita Ifti
Titulli: Fizika 10 - 11Titulli i origjinalit: Cambridge IGCSE Physics, coursebookCAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS
Autor: David Sang © Cambridge University Press, 2014
Fizika 10 - 11është botim i përkthyer nga origjinali, në gjuhën angleze, i përkthyer në gjuhën shqipe, në marrëveshje me shtëpinë botuese Cambridge University Press.
Përktheu dhe përshtati: Prof. Dr. Margarita I i
Drejtuese botimi: Anila Bisha
Redaktor shkencor: Prof. Dr. Halil Sykja Redaktore teknike: Aviola Kristo
Redaktore gjuhësore: Elona Çali
Ilustrimet: Cambridge University Press
Design për botimin shqip: Bledar Lame
Kopertina: Arben Hamzallari
Shtëpia Botuese Mediaprint
ISBN E KOLANËS 978-9928-08-246-6
ISBN 978-9928-08-247-3
Botimi i parë, 2016
Shtypi: Shtypshkronja Mediaprint
iiiPërmbajtja
Hyrje v
Pjesa e parë: Fizika e përgjithshme 1
1. Matjet 21.1. Matja e gjatësisë dhe vëllimit 3
1.2. Përmirësimi i saktësisë së matjes 5
1.3. Dendësia 6
1.4. Matja e kohës 9
2. Përshkrimi i lëvizjes 152.1. Kuptimi i shpejtësisë 16
2.2. 20
2.3. Kuptimi i nxitimit 21
2.4. Llogaritja e shpejtësisë dhe nxitimit 24
3. Forcat dhe lëvizja 343.1. Anija kozmike po niset 35
3.2. Masa, pesha dhe rëndesa 37
3.3. Rënia dhe rrotullimi 40
3.4. Forca, masa dhe nxitimi 41
3.5. Koncepti i impulsit 44
3.6. Më shumë mbi skalarët dhe vektorët 46
4. Efektet rrotulluese të forcave 524.1. Momenti i forcës 53
4.2. Llogaritja e momenteve 55
4.3. Stabiliteti dhe qendra e masës 57
5. Forcat dhe lënda 645.1. Forcat që veprojnë në trupat e ngurtë 64
5.2. Tërheqja e sustave 65
5.3. Ligji i Hukut 67
5.4. Shtypja 69
5.5. Llogaritja e shtypjes 72
6. Shndërrimet dhe transferimet e energjisë 796.1. Format e energjisë 80
6.2. Shndërrimet e energjisë 83
6.3. Ruajtja e energjisë 84
6.4. Llogaritja e energjisë 87
7. Burimet e energjisë 967.1. Energjia që përdorim 96
7.2. Energjia diellore 101
8. Puna dhe fuqia 1048.1. Puna 104
8.2. Llogaritja e punës së kryer 105
8.3. Fuqia 109
8.4. Llogaritja e fuqisë 109
Pjesa e dytë: Fizika termike 115
9. Modeli kinetik i lëndës 1169.1. Gjendjet e lëndës 117
9.2. Modeli kinetik i lëndës 119
9.3. Forcat dhe teoria kinetike 123
9.4. Gazet dhe teoria kinetike 125
10. Vetitë termike të lëndës 13210.1. Temperatura dhe shkallët e saj 133
10.2. Ndërtimi i termometrit 135
10.3. Bymimi termik 137
10.4. Kapaciteti termik 140
10.5. 140
10.6. Nxehtësia e fshehtë 144
11. Transmetimi i nxehtësisë 14911.1. Përcjellshmëria termike 150
11.2. Konveksioni 152
11.3. Rrezatimi 155
11.4. Disa pasoja të transferimit të nxehtësisë 157
Përmbajtja
Përgjigjet e pyetjeve dhe treguesin i gjeni ne pjesën e dytë të librit
vHyrje
kontrollojnë vetitë e tyre. Ata studiojnë bashkëveprimet
e rrezatimit me lëndën, përfshirë këtu edhe materialin
biologjik nga i cili përbëhemi ne vetë.
Disave nuk u mjafton studimi i sipërfaqshëm i
fizikës. Ata duan të dinë se si mund të përdoret ajo për
një projekt inxhinierik apo për qëllime mjekësore. Në
varësi të asaj se si përdoren njohuritë, jeta jonë mund të
përmirësohet.
Dikush e studion fizikën si pjesë e programit të
studimit, sepse dëshiron të bëhet kimist, biolog, gjeolog
etj. Këto degë të shkencës marrin shumë ide nga fizika
dhe anasjelltas.
Të mendosh si fizikanSi mendojnë fizikanët? Një nga karakteristikat e tyre
është se ata përpiqen ta thjeshtojnë problemin dhe
më pas ta zgjidhin duke përdorur disa ide shumë
të thjeshta. Për shembull, ju mund ta dini se lënda
përbëhet nga grimca të vogla që tërheqin dhe shtyjnë
njëra-tjetrën dhe zhvendosen në hapësirë. Kjo është një
ide shumë e fuqishme që na ka ndihmuar të kuptojmë
sjelljen e lëndës, transmetimin e tingullit, rrjedhjen e
elektricitetit etj.
Të studiojmë fizikënPse duhet ta studiojmë fizikën? Dikush e studion fizikën
thjesht sepse i duket interesante. Fizikanët studiojnë
lëndën, energjinë dhe bashkëveprimet e tyre. Atyre
mund t’u interesojnë grimcat e vogla subatomike apo
vetë natyra e gjithësisë. (Disa prej tyre madje shpresojnë
të zbulojnë nëse ka gjithësi të tjera, veç kësaj ku jetojmë
ne!)
Nisur nga përbërja e trupit të njeriut, fizikanët
studiojnë materialet dhe përpiqen të parashikojnë dhe
Hyrje
Kur u zbuluan së pari, rrezet X shpesh shiheshin si një e re zbavitëse. Sot me anë të tyre mund të marrim pamje të detajuara të kockave dhe organeve të një pacienti.
Shpesh fizikanët punojnë në kushte ekstreme. Në këtë foto, fizikanët e Laboratorit Kombëtar të Fizikës në Britaninë e Madhe po përgatisin një ftohës me hollim, i aftë të ftohë materialet deri pranë zeros absolute, që është temperatura më e ulët e mundshme.
Fizika 10 & 11vi
për të parashikuar rrjedhjen e trafikut apo lëvizjen e
njerëzve në turma.
Fizika mbështetet fort mbi matematikën. Fizikanët
masin madhësi dhe përpunojnë të dhënat e marra. Ata
krijojnë modele matematike, si për shembull ekuacionet,
për të shpjeguar vëzhgimet e veta. (Në fakt, një pjesë e
mirë e matematikës është shpikur nga fizikanët, për t’i
ndihmuar të shpjegojnë rezultatet eksperimentale.)
Përdorimi i kompjuterit e ka ndryshuar shumë fizikën.
Duke qenë se kompjuteri mund të përpunojë sasi shumë
të mëdha të dhënash, janë hapur fusha të reja të fizikës.
Kompjuteri mund të analizojë të dhënat e marra nga
teleskopët, të kontrollojë anijet kozmike në largësi dhe
të parashikojë sjelljen e miliarda atomeve në një trup të
ngurtë.
Bashkohuni me neKur studioni fizikë, ju bëni dy gjëra njëkohësisht: (i) i
bashkoheni “projektit të madh” të njerëzimit: të mësojmë
sa më shumë mbi botën që na rrethon dhe të përdorim
njohuritë e fituara; (ii) mësoni të mendoni si fizikan: të
zbatoni disa ide bazë, të shikoni në mënyrë kritike të
dhënat dhe të dalloni shkaqet themelore të dukurive.
Cilido qoftë synimi juaj, këto ide mund t’i mbartni me
vete gjatë gjithë jetës.
Pasi pranohet një ide themelore, fizikanët kërkojnë
se ku tjetër mund të zbatohet ajo dhe si mund ndihmojë
në zgjidhjen e problemeve. Një nga surprizat më të
mëdha të fizikës së shekullit XX ishte se, pasi filluan
të kuptojnë se nga cilat grimca bazë përbëhen atomet,
fizikanët kuptuan se kjo i ndihmoi të shpjegonin
momentet e hershme të historisë së gjithësisë, në kohën
e Shpërthimit të Madh.
Sa më shumë ta studioni fizikën, aq më shumë do
të kuptoni se si këto ide lidhen me njëra-tjetrën. Për
më tepër, fizika po zgjeron fushën e saj. Shumë fizikanë
punojnë në ekonomi e financë, duke përdorur idetë e
fizikës për të parashikuar se si do të ndryshojnë tregjet.
Të tjerë përdorin ato që dinë mbi lëvizjen e grimcave
Një pamje e galaktikës sonë, Rruga e Qumështit, e gjeneruar me kompjuter. Ndonëse nuk kemi shpresë ta shohim ndonjëherë në këtë mënyrë, matjet e kujdesshme të pozicioneve të miliona yjeve u kanë lejuar astronomëve të prodhojnë këtë pamje.
Interneti, që përdoret nga miliona njerëz anembanë botës. I shpikur së pari nga një fizikan, Tim Berners-Lee, interneti përdoret nga fizikanët për të lidhur mijëra kompjutera të ndodhur në vende të ndryshme të botës që analizojnë sasi shumë të mëdha të dhënash.
1Pjesa 1: Fizika e përgjithshme
Në vitin 1992 një anije kozmike e quajtur Galileo u dërgua nga Toka për të fotografuar Jupiterin dhe satelitët e tij. Gjatë rrugës bëri edhe këtë foto të Tokës dhe Hënës.
Pjesa e parëFizika e përgjithshmeKur keni filluar të studioni shkencat, me siguri keni
hasur mjaft ide bazë të fizikës. Në këtë pjesë do të
kuptoni më mirë dy ide të fuqishme: (i) konceptin e
forcës dhe (ii) konceptin e energjisë.
Nga lindin idetë në fizikë? Pjesërisht lindin nga
vëzhgimet. Kur Galileo vëzhgoi planetët me teleskopin
e tij, ai vuri re pamjen e ndryshueshme të Venusit.
Gjithashtu ai pa se Jupiteri kishte satelitë rreth vetes.
Vëzhgimet e Galileos krijuan bazën e një astronomie të
re, më shkencore.
Idetë vijnë edhe nga mendimi. Njutoni (i lindur në
vitin kur vdiq Galileo) është i famshëm për idetë e tij
mbi rëndesën. Ai kuptoi se forca që tërheq një mollë
që bie në tokë është e njëjtë me atë që mban Hënën në
orbitë rreth Tokës. Në këtë libër shqyrtohen idetë e tij
lidhur me forcat.
Ju keni studiuar më parë disa njohuri bazë mbi
energjinë. Megjithatë, Njutoni nuk dinte asgjë mbi
energjinë. Kjo ide u përpunua më shumë se një shekull
pas vdekjes së tij; pra ju jeni një hap para tij!
Fizika 10 & 112
1 Kryerja e matjeve
Si përmirësohet matjaGalileo Galilei kontribuoi shumë në
revolucionarizimin e mënyrës sonë të të menduarit
mbi botën që na rrethon, dhe në veçanti në mënyrën
se si kryejmë matjet. Për shembull, ai vëzhgoi
lëkundjen e një llambe të varur. Galileo vërejti se koha
që duhet për një lëkundje është e njëjtë, pavarësisht
nëse këndi i lëkundjes është i madh apo i vogël. Ai
kuptoi se një masë që lëkundet, lavjerrësi, mund të
përdoret si aparat për matjen e kohës. Ai ndërtoi një
orë që bazohet mbi një lavjerrës që lëkundet.
Në kohën e Galileos, mjaft nga matjet bazoheshin
tek masat e pjesëve të trupit të njeriut, për shembull
një këmbë (foot) dhe një jard (hapi). Njësitë e peshës
bazoheshin mbi masën e objekteve të zakonshme, si
drithërat. Këto njësi “natyrore” pashmangshmërisht
ndryshojnë (këmba e njërit është më e gjatë se e një
tjetri), ndaj u bënë përpjekje për t’i standardizuar ato.
Sot ekzistojnë marrëveshje ndërkombëtare
mbi njësitë bazë të matjes. Për shembull, metri
përkufizohet si largësia që përshkon drita në 1
299792 458 sekonda në zbrazëti. Anembanë
botës janë ndërtuar laboratorë që kontrollojnë
përputhshmërinë e aparateve matëse me këtë
standard. Në figurën 1.1 paraqitet një orë atomike që
po ndërtohet në Laboratorin Kombëtar të Fizikës në
Britaninë e Madhe. Këto orë gabojnë një të miliardin
e sekondës në një ditë.
Mund të mendoni se kjo shkallë saktësie as që
nevojitet. Në fakt, nëse përdorni një aparat ‘satnav’
për të gjetur rrugën, ju mbështeteni mbi matje ultra të
sakta të kohës. ‘Satnav’ quhet edhe navigator. Fjala vjen
nga satellite + navigation. Ky aparat, ‘satnav’, detekton
sinjale radio nga satelitët që qarkullojnë rreth Tokës
dhe përcakton pozicionin me saktësi të rendit të metrit.
Drita përhapet një metër brenda 1
300000000 sekondash
ose 0.0000000033 sekondash. Ndaj, nëse ju jeni një metër
më larg nga sateliti, sinjali do të mbërrijë pas një fraksioni
kaq të vogël të sekondës. Ndaj qarqet elektronike të
aparatit ‘satnav’ duhet ta matin kohën e mbërritjes së
sinjalit me një saktësi kaq të lartë.
Figura 1.1. Profesor Patrick Gill i Laboratorit Kombëtar të Fizikës po ndërton një orë atomike që do të jetë 1000 herë më e saktë se ato ekzistuese.
S
◆ si të matni gjatësinë, vëllimin dhe kohën;◆ si të rritni saktësinë e matjes së gjatësisë dhe kohës;◆ si të përcaktoni dendësinë e trupave të ngurtë dhe lëngjeve.
Në këtë kapitull ju do të mësoni:
Kapitulli 1: Kryerja e matjeve 3
për shembull trashësinë e një flete letre. Merrni një tufë
me 500 fletë dhe matni trashësinë e saj me vizore (figura
1.3). Pastaj pjesëtojeni rezultatin me 500, për të gjetur
trashësinë e një fijeje.
Në disa raste, për shembull kur duam të masim
gjatësinë e diçkaje të përkulur, ia vlen të shtrijmë një fije
pe përgjatë saj. Shënojmë fillimin dhe fundin mbi fijen
e perit dhe pastaj e shtrijmë atë mbi vizore, për t’i gjetur
gjatësinë. Kjo teknikë mund të përdoret edhe për të matur
perimetrin e një objekti cilindrik, si për shembull një
shufër druri apo një cilindër i shkallëzuar.
Matja e vëllimitKa dy mënyra për matjen e vëllimit, në varësi të formës së
objektit, e rregullt ose jo e rregullt.
Për objektet me formë të rregullt, si për shembull një
paralelopiped, matni gjatësitë e brinjëve dhe shumëzojini.
Për forma të tjera, si sfera dhe cilindri, duhet të matni
madhësitë që hyjnë tek formula që jep vëllimin e tyre.
Për lëngjet mund të përdoret cilindri i shkallëzuar.
(Kujtoni se në këtë rast duhet ta shikoni shkallëzimin në
nivel e jo nga sipër, si edhe të lexoni nivelin e fundit të
meniskut.) Kujdes me zgjedhjen e cilindrit. Një cilindër
me kapacitet 1 dm3 mund të mos shërbejë për të matur
vëllime të vogla, si për shembull 5 cm3. Do të merrni
rezultat më të saktë po të përdorni një cilindër me
kapacitet 10 cm3.
Matja e vëllimit me anë të lëngut të zhvendosurShumica e objekteve nuk kanë formë të rregullt, ndaj nuk
mund t’ua gjejmë vëllimin thjesht duke matur gjatësinë e
1.1 Matja e gjatësisë dhe vëllimitNë fizikë na duhet të matim gjatësi të ndryshme, për
shembull, gjatësinë e një teli, lartësinë e një lëngu në një
enë, largësinë e përshkuar nga një objekt, diametrin e një
planeti apo rrezen e orbitës së tij. Në laborator, gjatësitë
shpesh maten me anë të vizores (për shembull, një vizore,
metër).
Matja e gjatësive me vizore është një veprim që e kemi
bërë të gjithë. Por ia vlen të mendojmë lidhur me atë që
duam të bëjmë dhe me saktësinë e matjes. Mendoni për
matjen e gjatësisë së një teli (figura 1.2).
◆ Teli duhet të jetë i drejtë, të ndodhet pranë vizores
dhe paralel me të. (Kjo mund të jetë e vështirë kur teli
është i përkulur.)
◆ Shihni fundet e telit. A janë të prera drejt apo me
dhëmbëza? A është e vështirë të përcaktohet ku fillon
dhe mbaron teli?
◆ Shihni ndarjet e vizores. Ato janë 1mm larg njëra-
tjetrës, por a janë vijat të holla apo kanë trashësi?
Vendoseni fillimin e telit te zeroja e vizores. Kjo mund
të jetë e vështirë të përcaktohet, për shkak të trashësisë
së vijës në vizore.
◆ Shihni fundin e telit dhe lexoni gjatësinë. Edhe kjo
mund të jetë e vështirë të përcaktohet.
Tashmë keni kryer matjen dhe keni një ide se sa e
saktë është ajo. Me gjasë mund të përcaktoni gjatësinë e
telit me afërsi 1mm. Por duhet të shqetësoheni edhe për
diçka tjetër: vetë vizoren. Sa të sigurt jemi që ajo është e
saktë? A është gjatësia e vizores saktësisht 1 metër? Një
gabim i vizores do të çojë në pasaktësi (të vogël) të matjes.
Gjithmonë duhet të gjykoni mbi matjen që kryeni,
sado e thjeshtë të duket ajo. Duhet të merrni parasysh
metodën që po përdorni, si edhe instrumentin matës (në
këtë rast, vizorja).
Teknika të tjera matjejeNëse duhet të matni gjatësinë e një objekti të vogël, për
shembull trashësinë e një teli, mund të matni trashësinë
disa herë dhe të llogaritni mesataren. Të njëjtën gjë
mund të bëni nëse doni të matni diçka shumë të hollë,
0 1 2 3 4 5 6 7
Figura 1.2. Edhe matjet e thjeshta, si ajo e gjatësisë së një teli, kërkojnë kujdes. Figura 1.3. Kryerja e matjeve të thjeshta.
1312
1110
98
500 fletë
Fizika 10 & 114
Figura 1.4. Matja e vëllimit me anë të zhvendosjes së lëngut
vëllimi i ujit
vëllimi i objektit
100
objekti të cilit do t’i matim vëllimin
cm3 cm3
100
Tabela 1.1 Disa nga njësitë e gjatësisë dhe vëllimit në sistemin SI
Madhësia Njësia
Gjatësia metër (m)
1 decimetër (dm) = 0.1 m
1 centimetër (cm) = 0.01 m
1 milimetër (mm) = 0.001 m
1 mikrometër (μm) = 0.000001 m
1 kilometër (km) = 1000 m
Vëllimi metër kub m3
1 centimetër kub (cm3) = 0.000001 m3
1 decimetër kub (dm3) = 0.001 m3
Këshillë
Kujtoni se njësia është po aq e rëndësishme sa vlera
numerike e një madhësie. Kujdes kur shkruani e
rishkruani njësitë. Për shembull, po qe se shkruani
mm në vend të cm, rezultati juaj do të jetë 10 herë
më i vogël se ai real.
brinjëve. Ja se si të gjeni vëllimin e një objekti të çrregullt.
Kjo teknikë njihet si matja e vëllimit me anë të lëngut të
zhvendosur.
◆ Zgjidhni një cilindër të shkallëzuar që është rreth tre
ose katër herë më i madh se objekti që doni të matni.
Mbusheni pjesërisht me ujë (figura 1.4), aq sa të
mbulohet objekti. Shënoni vëllimin e ujit.
◆ Futeni objektin në ujë. Niveli i ujit në cilindër do të
ngrihet. Rritja e vëllimit është e barabartë me vëllimin
e objektit.
Njësitë e gjatësisë dhe vëllimitNë fizikë përgjithësisht përdoret sistemi SI i njësive (ky
është shkurtimi i fjalëve Le Systeme International d’Unites ose Sistemi Ndërkombëtar i Njësive). Njësia e gjatësisë në
sistemin SI është metri (m). Tabela 1.1 paraqet disa njësi
alternative të gjatësisë, bashkë me disa njësi të vëllimit.
Vëreni se litri dhe mililitri nuk janë njësi zyrtare SI të
vëllimit, ndaj nuk përdoren në këtë libër. Një litër është i
barabartë me 1 dm3 dhe një mililitër me 1 cm3.
Aktiviteti 1.1Matja e gjatësive dhe vëllimeve
AftësitëA03.1 Të tregohet se dini të përdorni teknikat, aparatet
dhe materialet në mënyrë të sigurt (përfshirë këtu ndjekjen e një radhe instruksionesh aty ku duhet).
A03.3 Të bëni dhe regjistroni vëzhgime, matje dhe vlerësime.
A03.4 Të interpretoni dhe vlerësoni vëzhgime, eksperimente dhe të dhëna.
A03.5 Të vlerësoni metodat dhe të sugjeroni përmirësimet e mundshme.
Praktikoni matjen e gjatësive dhe vëllimeve. Ndërsa
e bëni këtë, vlerësoni metodën që po përdorni.
1. Matni gjatësinë e një kubi lodër.
2. Vendosni 10 kube në radhë njëri pas tjetrit.
Matni gjatësinë e 10 kubeve dhe llogaritni
gjatësinë mesatare të një kubi.
3. Komentoni lidhur me këto dy metoda për
gjetjen e gjatësisë së një kubi. Cila është më e
saktë dhe pse?
4. Përsëritni hapat 1 dhe 2 dhe gjeni diametrin
mesatar të një kushinete dhe trashësinë mesatare
të një teli.
5. Vlerësoni metodat e përdorura.
6. Matni tre brinjët e një paralelopipedi dhe
llogaritni vëllimin e tij.
7. Matni vëllimin e të njëjtit objekt me anë të
zhvendosjes së lëngut. A ka ndonjëra nga
metodat përparësi ndaj tjetrës? Pse?
8. Merrni një gur zalli. A ju duket vëllimi i tij më
i madh apo më i vogël se ai i bllokut? Vlerësoni
vëllimin e gurit.
9. Matni vëllimin e gurit me anë të zhvendosjes së
lëngut. Sa i saktë ishte vlerësimi juaj?