Physical  Science    

2012-­‐13  

Ma#er  or  Energy?  

Everything  on  earth  is  either  ma0er  or  energy  •  CHEMISTRY      is  the  study  of  ma@er  

•  PHYSICS        is  the  study  of    energy  and  how  it  affects  

ma@er  

Ma@er  Ma@er  -­‐-­‐  has  volume  (takes  up  space)  and  has  mass  

There  are  4  forms  (states)  of  ma@er  1.  Solid  2.  Liquid  3.  Gas  4.  Plasma  

Ma@er  Has  Mass  

•  Mass  is  a  measure  of  how  much  ma@er  an  object  contains.  It  is  measured  in  Grams  (g).  

Mass  is  NOT  the  same  as  Weight  

•  Mass  does  not  change  on  different  planets  and  is  measured  in  grams  

•  Weight  is  mass  +  gravity  and  can  change  depending  on  the  force  of  gravity.  Weight  is  measured  in  Newtons   Who  is  this  guy  and  

Why  was  he  in  the  news  last  year?  

Measuring  Ma@er  in  SI  Units  (The  metric  system)    

•  Mass  –  Grams  •  Liquid  –  Liters  •  Length  -­‐-­‐  meters  

How  NOT  to  Measure  Ma@er  

Using  an  electronic  balance  

•  Turn  on  •  Zero  •  Be  sure  you  are    Measuring  in  grams  

Ma@er  Has  Volume  

Volume  -­‐-­‐    the  amount  of  space  an  object  takes  up  Two  ways  to  measure  volume  

•  Volume  can  be  measured  with  the  equa[on:  •  Volume  =  Length  x  Width  x  Height  

Meausre  in  cm.  

•  Volume  of  an  object  with  an  irregular  shape  is  measured  using  a  graduated  cylinder  and  a  method  called  displacement.  

•  What  is  the  volume  of  your  object?      –  New  volume  –  original  volume  =  _____________  

•  Since  we  are  using  liquid  the  unit  will  be  liters  or  ml  not  cm3.  

 

How  NOT  to  Measure  Ma@er  

MENISCUS  

Water  is  adhesive  This  means    it  adheres  or  “s[cks”  to  the  sides  of  any    Container  –    Crea[ng  a  meniscus    Read  the  bo@om  line!  

 

Volume  in  measured  in  cm3  or  ml  

 1cm3  =  1  ml  

How  should  I  measure  the  volume?  

1.  A  Rubik’s  cube?  2.  A  pencil-­‐top  eraser?  3.  A  marble?  4.  My  cell  phone?  

Metric  ruler  

King  Henry  

•  King  Henry  Died  By  Drinking  Chocolate  Milk  

Measure  the  volume  of  your  cell  phone  

•  Find  the  length  •  Find  the  width  •  Find  the  height  •  Mul[ply  •  What  units  will  you  use?  

Warm  –up  Ma@er  1.  How  many  cen[meters  in  a  meter?  _____  2.  It  makes  sense  to  measure  (SI  unit)  your  foot  using?  ____  3.  What  does  area  measure?  4.  How  is  the  volume  of  a  (regularly  shaped)  solid  measured?  5.  How  is  the  volume  of  a  liquid  measured?  6.  How  many  milliliters  are  there  in  a  liter?  7.  What  does  weight  measure?  8.  What  might  be  the  mass  of  an  average  4th  grader?  9.  What  does  density  measure?  10. What  typically  has  the  greatest  density?  Solid,  liquid,  or  

gas?  

Why  are  two  things  the  same  size  different  Masses?  

•  Some  substances  have  heavier  atoms  than  others  

•  Some  substances  have  more  atoms  than  others  

Density  =  Mass/Volume  •  Once  you  know  the  mass  and  volume  of  an  object  you  can  easily  find  the  density  on  g/ml  or  g/cm3  

•  Object:  _________Object:  _________  – Mass________Volume.    

•  D=m/v  =  _________________  

•  Object:  _________  – Mass________Volume.    

•  D=m/v  =  _________________  

– Mass________Volume.    •  D=m/v  =  _________________  

•  Object:  _________  – Mass________Volume.    

•  D=m/v  =  _________________  

Do  different  amounts  of  the  same  material  have  the  same  density?  

•  YES!  

Sink  or  Float?  

The  density  of  water  is  1  g/ml    objects  that  are  more  dense  than  water  sink    object  less  dense  than  water  sink  

Why  does  this  ship  float?  

With  all  the  air  pockets,  it  is  less  dense  than  water.  IF  the  air  pockets  are  filled  with  water,  what  will  happen?  

Densi[es  of  Liquid    Rubbing  Alcohol  .79    Lamp  Oil  .80    Baby  Oil  .83    Vegetable  Oil  .92    Ice  Cube  .92    Water  1.00    Milk  1.03    Dawn  Dish  Soap  1.06    Light  Corn  Syrup  1.33    Maple  Syrup  1.37    Honey  1.42  

Which  of  these  liquids  is  the  most  dense?    The  least  dense?    What  would  happen  if  you  dropped  an  object  Into  the  container  that  is  more  dense  than    Vegetable  oil  but  less  dense  than  water?  

What  is  the  density  of  water?  

•  1  gram/ml    OR  1  gram/cm3  

•  Objects  more  dense  than  water  will  SINK  •  Objects  less  dense  than  water  will  FLOAT  

                                             Quiz:  1.1  Ma#er,  Mass,  Volume,  Density      Sec?on  I:    Matching      1.  Study  of  energy  and  how  it  affects  ma@er      a.    Chemistry    2.  Amount  of  ma@er  something  contains                b.    Physics    3.  1  g/ml      Or  1  g/cm3          c.    Ma@er  4.  Amount  of  space  an  object  occupies        d.    Mass      5.  Mass  plus  the  pull  of  gravity        e.    Volume  6.  Used  to  measure  volume        f.    Density    7.  Study  of  ma@er            g.    Weight    8.  Used  to  measure  length          h.    Cm      9.  Has  volume  and  mass          i.    Ml    10.   Mass  divided  by  volume        j.    Density  of  water        

             Sec?on  II:  Mul?ple  Choice        1.  ___  is  measured  with  a  triple  beam  balance.  a)  Weight  b)  Mass    c)  Volume  d)  Density  2.  A  graduated  cylinder  is  used  to  measure_____.  a)  Weight  b)  Mass    c)  Volume  d)  Density  3.  If  we  use  the  units  of  grams  (g.)  for  mass  and  cubic  cen?meters  (cm3)  for  volume,        then  the  units  for  density  will  be    a)  Grams  b)  cm  3      c)  g  -­‐  cm  3  d)  g/cm  3  4.  A  cube  has  a  side  of  5  cm.  It  has  a  mass  of  250  grams.  The  density  of  the  cube  is    a)  50  g/cm3  and  will  float  in  water  b)  2.0  g/cm3  and  will  float  in  water  c)  50  g/cm3  and  will  sink  in  water  d)  2.0  g/cm3  and  will  sink  in  water    5.  An  object  with  high  volume  and  low  mass  has  a)  high  density    b)    low  density      

Sec?on  III:    Short  Answer/Problems      Given  an  object  that  is:  length:  10cm  ;  width  40cm,  height  4  cm.  What  is  the  volume?  (show  work)          If  you  have  100  ml  of  water  and  add  an  object  that  causes  the  water  to  rise  to  140  ml.  What  is  the  volume  of  the  object?            If  an  object  has  a  mass  of  120g  and  a  volume  of  20ml  what  is  the  density?          If  an  object  has  a  density  of  .5,  what  will  happen  when  it  is  put  into  water?  Why?          5.    If  a  ring  has  a  density  of  6g/ml    and  a  volume  of  3  ml,  what  is  it’s  mass?    

Sec?on  II:  Mul?ple  Choice      1.  ___  is  measured  with  a  triple  beam  balance.  a)  Weight  b)  Mass    c)  Volume  d)  Density  2.  A  graduated  cylinder  is  used  to  measure_____.  a)  Weight  b)  Mass    c)  Volume  d)  Density  3.  If  we  use  the  units  of  grams  (g)  for  mass  and  cubic  cen?meters  (cm3)  for  volume,        then  the  units  for  density  will  be    a)  Grams  b)  cm  3      c)  g  -­‐  cm  3  d)  g/cm  3  4.  A  cube  has  a  side  of  5  cm.  It  has  a  mass  of  250  grams.  The  density  of  the  cube  is  a)  50  g/cm3  and  will  float  in  water  b)  2.0  g/cm3  and  will  float  in  water  c)  50  g/cm3  and  will  sink  in  water  d)  2.0  g/cm3  and  will  sink  in  water  5.    An  object  with  high  volume  and  low  mass  has    a)  high  density    b)    low  density    

6.  Liquid  water  is  more  dense  than  ice  because    a)  A  liquid  H  20  molecule  has  more  mass  than  an  ice  H  20  molecule.    b)  A  chemical  change  occurs  when  ice  melts  that  causes  the  mass  of  water  to  increase    c)  When  ice  melts  there  is  an  increase  in  the  amount  of  water  molecules    d)  there  are  a  greater  number  of  H  20  molecules  per  unit  of  volume  in  liquid  water  than  ice.  7.  Oil  floats  on  water.  The  most  accurate  reason  for  this  is      a)  oil  is  less  dense  than  water    b)  oil  is  immiscible  (does  not  dissolve)  in  water    c)  oil  is  both  less  dense  and  immiscible  with  water    d)  water  is  heavier  than  oil  8.  A  graduated  cylinder  contains  100  ml  of  a  liquid.  The  mass  of  the  graduated  cylinder  with  the  liquid  is  145  grams.The  mass  of  the  graduated  cylinder  when  empty  is  45  grams.  The  liquid  is  most  likely  a)  Ethanol  

 b)  Water    c)  Corn  Oil      d)  Chloroform  

9.  Which  of  the  following  will  cause  the  mass  of  a  metal  block  to  increase?    a)  pusng  the  block  in  the  freezer    b)  measuring  the  mass  of  the  block  on  jupiter      c)  hea[ng  the  block    d)  None  of  the  above  10.    Piece  A  of  aluminum  has  a  volume  of  20cm3.  Piece  B  of  aluminum  has  a  volume  of              10cm3.  The  difference  in  density  would  be      a)    Piece  A  has  twice  the  density    b)    piece  A  is  half  the  density  c)      Piece  A  has  ¼  the  density    d)    A  and  B  have  the  same  density    

Sec?on  III:    Short  Answer/Problems      Given  an  object  that  is:  length:  10cm  ;  width  40cm,  height  4  cm.  What  is  the  volume?  (show  work)          If  an  object  has  a  mass  of  120g  and  a  volume  of  20ml  what  is  the  density?          If  an  object  has  a  density  of  .5,  what  will  happen  when  it  is  put  into  water?  Why?          If  a  ring  has  a  density  of  6g/ml    and  a  volume  of  3  ml,  what  is  it’s  mass?          If  the  density  of  an  object  is  240  g/cm3  and  the  mass  is  20.6,  what  is  the  volume  of  the  object?  

Density  Lab  

•  What  were  you  trying  to  find  out?  •  Were  any  measurements  hard  to  make?  

How  far  do  I  go?  

We  use  2  figures  auer  the  decimal  EXAMPLE:  2.778  will  be  2.78  

Ma@er  is  made  of  Atoms  

Meet  115,  the  Newest  Element  on  the  Periodic  Table  The  extremely  heavy  element  was  just  confirmed  by  scien[sts  in  Sweden.    

Can  We  see  Atoms?  

Ma@er  

•  We  can  not  see  atoms  with  our  eyes  or  even  with  a  light  microscope.    In  the  1980s,  scien[sts  created  a  Scanning  Tunneling  Microscope.  Electrons  tunnel  between  the  [p  and  sample,  crea[ng  a  current  that  can  be  measured  and  image  displayed.  

Ma@er  

Ma@er  

•  Protons  have  a  +  charge.  

•  Electrons  have  a  –  charge.  

•  Neutrons  have  NO  charge.  

•  Protons  and  neutrons  are  made  of  smaller  par[cles  called  Quarks.  

 

Par[cle  Theory  of  Ma@er  

•  “Atoms  are  the  smallest  basic  units  of  ma@er.    

•  Atoms  are  always  in  mo[on.  •  Atoms  are  the  smallest  par[cle  of  an  element  that  retain  the  PROPERTIES  of  that  element.    

•  Atoms  have  MASS  –  Teaspoon  of  water  has    

         500,000,000,000,000,000,000,000  atoms  and  has  a  mass  of            5  grams.  §  ATOMS  combine  to  form  COMPOUNDS  

           

Nanotechnology  is  the  manipula[on  of  ma@er  on  an  atomic  and  molecular  scale  

•  h@p://go.hrw.com/ac[vi[es/frameset.html?main=2333.html  

Please  copy  on  a  clean  sheet  of  paper  and  then  begin  reading  assignment.    Lab  1.3:  Understanding  the  behavior  of  air  molecules    Problem:    What  will  happen  to  a  balloon,  a  marshmellow  and  warm  water  when  they  are  put  in  vacuum  chamber?  (The  air  is  removed)).    Hypothesis:  (skip  4  lines)    Materials:  Vacuum  chamber,  marshmellow,  balloon,  container  filled  ½  way  with  warm  water.    Procedure:  Put  the  balloon  in  the  chamber  and  pump  the  air  out.  Put  the  marshmellow  int  the  chamber  and  pump  the  air  out.  Test  the  temperature  of  the  warm  water  with  your  finger.  Place  it  in  the  chamber  and  pump  the  air  out.  Observe.  Test  the  temperature  with  your  finger  again  auer  the  water  is  removed  from  the  chamber.    

How  do  Atoms  move?  

•  DIFFUSION.  Atoms  move  from  a  high  concentra[on  to  a  lower  concentra[on  un[l  they  are  evenly  distributed.  This  is  called  DIFFUSION.  

•  There  is  GRAVITY  between  objects  and  molecules  and  atoms.  The  farther  apart  they  are,  the  less  the  pull  of  gravity.  The  greater  the  mass,  the  greater  the  gravity.  

Solid,  Liquid  Gas….&  Plasma  

States  of  Ma@er  •  Solids  have  a  fixed  volume  and  a  fixed  shape.    Atoms  vibrate.  •  Atoms  have  a    Strong  a@rac[on    Because  they  are    close.  

Solids  have  different  arrangements  of  par[cles  that  explain  why  some  are  harder  or  more  flexible  than  others  

Ma@er  •  Liquids  have  a  fixed  volume  but  no  fixed  shape  

Ma@er  •  Gases  have  no  fixed  volume  and  no  fixed  shape.  

Ma@er  •  The  fourth  state  of  ma@er  is  plasma.  Plasma  is  a  cloud  of  

protons,  neutrons  and  electrons  where  all  the  electrons  have  come  loose.  Plasmas  are  the  most  common  state  of  ma@er.    Plasma  occurs  naturally  and  makes  up  the  stuff  of  our  sun,  the  core  of  stars  and  more.  On  earth,  plasma  is  naturally  occurring  in  flames,  lightning  and  the  auroras.  

COPY  NOW  Quick  Lab:  Gas  Pressure  

Materials:  –  Vacuum  chamber  –  Deflated  balloon  –  Marshmellow  –  Thermometer  –  Water  container  

Procedure  –  Place  balloon  in  chamber  and  pump  the  air  out.  Describe  what  

happens  –  Place  marshmallow  in  chamber  and  do  the  same  –  Fill  the  container  ¾  full  with  tap  water.  Take  the  temperature  –  Pump  the  air  out.  What  happens?  Take  the  water  temperature  

and  record  Observa[ons  –  record  in  your  notebook  

Gas  Behavior  

Three  factors  affect  the  behavior  of  gasses.    1.  Pressure    2.  Temperature    3.  Volume  

Behavior  of  gasses  

•  Gasses  can  be  compressed  – Gasses  compress  when    Pressure  is  increased.  (Pressure  Goes  up,  volume  goes  down)    Hydraulic  lius  are  filled  with  gas    that  compresses  when  pressure    (a  force)  is  applied    

Ma@er  Can  Exist  in  Different  States:    ENERGY,  Pressure  &  Volume  

Charles's  Law:  Increasing  the  temperature  of  a  gas  increases  its  volume.  Lowering  the  temperature  of  a  gas,  lowers  its  volume.    

Boyle's  Law:  Increasing  the  pressure  on  a  gas  shrinks  the  volume  of  the  gas.  

How  can  there  be  enough    Helium  in  the  tank  to  fill  all  of  these  balloons?    Small  fills  72  balloons  Medium  fills  144  balloons  Large  fills  500  balloons  

Which  ball  has  more  gas?  Which  has  higher  gas  pressure?  Why?