Znasz może książkę „Alicja w Krainie Czarów”? Jej bohaterka na samym początku wpadła do króliczej nory. Leciała tak długo, że zastanawiała się, czy przeleci całą Ziemię na wylot i znajdzie się wśród ludzi chodzących do góry nogami. Co by się stało, gdybyśmy przebyli na wylot naszą planetę? Niemal dokładnie po przeciwnej stronie Ziemi znajduje się kraj zwany Nową Zelandią – jego mieszkańcy chodzą tak samo jak my – na nogach.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
jaki kształt ma Ziemia;
jakie rozmiary ma Ziemia.
Twoje cele
Zdefiniujesz powszechne ciążenie.
Omówisz znaczenie grawitacji na Ziemi.
Wyjaśnisz, na czym polega stan nieważkości.
Scharakteryzujesz masę ciała i ciężar oraz różnice między nimi.
iW5auRwJqU_d5e169
1. Co to jest ciążenie?
Przed setkami lat wyobrażano sobie, że Ziemia jest płaska, a gdyby była kulą, ludzie żyjący po przeciwnej stronie by pospadali. W rzeczywistości tak się nie dzieje, gdyż na każde ciało działa siła ciężkości związana z grawitacją. Jest to siła, z jaką Ziemia przyciąga wszystko, co znajduje się na niej lub w jej pobliżu.
RW8OTVkd6M2Fl
Sprawdźmy, czy grawitacja działa jednakowo na wszystkie przedmioty. Może przedmioty o większej masie są przyciągane z większą siłą?
Siła grawitacji
Doświadczenie 1
Sprawdzenie, jak grawitacja oddziałuje na różne przedmioty.
Co będzie potrzebne
Kilka przedmiotów o różnej masie, ale niezbyt dużej powierzchni, np. piłka nożna, piłeczka pingpongowa, pudełko zapałek, ołówek, spinacz.
Instrukcja
Weź do ręki dwa dowolne przedmioty.
Upuść je z jednakowej wysokości na ziemię. Który z nich spadł szybciej?
Powtarzaj obserwację, korzystając z różnych przedmiotów.
Powtórz obserwację, ale tym razem upuszczaj przedmioty z większej wysokości, np. stojąc na krześle.
Podsumowanie
Jeśli wypuścimy dwa przedmioty dokładnie w tym samym momencie, upadną na podłogę w tym samym czasie.
Rw3GMIqrHO9lH
Siła grawitacji wytwarzana jest przez każdy obiekt – Ziemię, ale także Księżyc czy Słońce. Grawitacja jest tym większa, im większą masę ma ciało. Księżyc jest znacznie mniejszy od Ziemi – dlatego grawitacja jest na nim sześć razy słabsza. Dzięki grawitacji możemy żyć na Ziemi w każdym jej miejscu i nikomu nie grozi, że z niej spadnie. Również dzięki grawitacji dookoła Ziemi krążą Księżyc oraz sztuczne satelity.
R1avYjei7NRxO
R1DvtcGGKBSPp
Ciekawostka
Istnieje legenda, że Isaac Newton, uczony, który jako pierwszy opisał, jak działa grawitacja, wpadł na ten pomysł przypadkiem. Kiedy był młody, siedział pod jabłonką i nagle na głowę spadło mu jabłko. Zaczął się wówczas zastanawiać, dlaczego jabłko zawsze spada na ziemię. Po wielu latach odkrył prawdę. Historia ta jest prawdopodobnie zmyślona przez samego naukowca, ale zawiera cenne spostrzeżenie: Wiele ciekawych odkryć można dokonać, kiedy uważnie obserwuje się otoczenie.
Isaac Newton1727Kensigton1642Woolsthorpe‑by‑Colsterworth
R1QKF46roghyt
Isaac Newton
Angielski naukowiec zajmujący się astronomią, fizyką, matematyką, chemią i filozofią. Jako pierwszy opracował i przedstawił prawo powszechnego ciążenia. Jego badania dotyczące ruchu, w tym także ruchu planet i innych ciał niebieskich, utrwaliły ostatecznie teorię heliocentryczną. Dokonał wielu innych, znaczących odkryć i pomiarów w dziedzinie astronomii, fizyki i geografii.
Ciekawostka
Przedmioty o małej masie i dużej powierzchni (np. ptasie pióro czy kartka papieru), spadając, zachowują się jakby wbrew sile grawitacji. Nie spadają pionowo, lecz poruszają się na boki, a chwilami nawet unoszą się. Dzieje się tak, gdyż powietrze stawia im znaczny opór. Gdyby spadały w próżni, leciałyby pionowo w dół.
Ważne!
Jeżeli użyjemy odpowiednio dużej siły, to można nią pokonać grawitację. Na przykład ptaki siłą swych mięśni mogą oderwać się od ziemi. Potężne silniki rakietowe pozwalają na wystrzelenie statków kosmicznych tak daleko, by grawitacja ziemska nie była już dla nich odczuwalna. Taki statek może oddalić się od Ziemi.
iW5auRwJqU_d5e287
2. Masa i ciężar
Wyobraźmy sobie, że przygotujemy do lotu na Księżyc człowieka, który na Ziemi waży 80 kg. Gdy wzniesie się w rakiecie w przestrzeń kosmiczną i wyłączone zostaną silniki, to pomimo działania siły grawitacji nasz kosmonauta znajdzie się w stanie nieważkościstan nieważkościstanie nieważkości. Nie będzie nic ważył, choć masa jego ciała wciąż będzie taka sama. Po wylądowaniu na Księżycu, gdyby ten sam człowiek wszedł na wagę, to pokazałaby ona wynik sześciokrotnie mniejszy niż na Ziemi, mimo że jego masa nie zmieniła się. To dlatego, że siła grawitacji Księżyca jest właśnie sześć razy mniejsza niż ziemska.
R8H6W2YUeoNFT
Masa ciała zawsze pozostaje taka sama, za to zmienia się jego ciężarciężarciężar. W pewnych warunkach ciało może nawet nic nie ważyć, mimo że cały czas ma tę samą masę. Stan nieważkości istnieje także w statkach kosmicznych krążących po orbicie okołoziemskiej ze stałą prędkością i z wyłączonymi silnikami.
RHfDIfiMZfDc8
RsOcJflu4XlTl
1
Ćwiczenie 1
Zmierz, jak wysoko możesz podskoczyć i jak długi skok w dal możesz oddać w warunkach ziemskich. Oblicz, jakie wyniki w tych samych dyscyplinach możesz uzyskać na Księżycu w warunkach sześciokrotnie mniejszej grawitacji.
RYrX1b1UsPWU8
Zwróć uwagę, że 1 m pokonany na Ziemi to 6 m pokonanych na Księżycu.
Dla przykładu: skacząc dwa metry w dal w warunkach ziemskiej grawitacji oznacza, że na Księżycu skok ten wyniósłby dwanaście metrów.
Ciekawostka
Stan nieważkości można uzyskać w szybko obniżającym swój lot samolocie. Podczas szkolenia astronautów kandydaci do lotu w kosmos wsiadają do samolotu, a kiedy ten znajdzie się na dużej wysokości, zaczyna gwałtownie opadać. W kabinie przez kilkadziesiąt sekund panuje wówczas stan nieważkości, a astronauci mogą uczyć się poruszać w ten nowej dla nich sytuacji.
Ważne!
Długotrwałe przebywanie w stanie nieważkości jest niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego. Stopniowo zanikają mięśnie, a kości stają się słabsze i kruche. Nawet intensywne ćwiczenia fizyczne jedynie spowalniają te niebezpieczne procesy. Pobyt w stanie nieważkości przez kilka lat mógłby uniemożliwić powrót na Ziemię.
iW5auRwJqU_d5e352
Podsumowanie
Siła, z jaką jedno ciało przyciąga inne, nazywa się siłą grawitacji.
Wszystkie obiekty na Ziemi podlegają sile grawitacji.
Każdy obiekt ma masę, która się nie zmienia i nie zależy od grawitacji.
Ciężar ciała zależny jest od grawitacji, a nie od masy.
Praca domowa
11
Ćwiczenie 1
W dostępnych ci źródłach (np. w Internecie) znajdź informacje, jak długo ludzie przebywali na Księżycu w warunkach zmniejszonej grawitacji, a jak długo na stacjach kosmicznych w warunkach całkowitego braku ciążenia. Dowiedz się i zapisz, jakie odczuwali niedogodności po powrocie na Ziemię.
R1WRupJtTcJC4
Zwróć uwagę, że cały organizm działa zupełnie inaczej w stanie nieważkości. Bez względu na długość pobytu w przestrzeni kosmicznej skutkuje ona ubytkami w masie kostnej, płuc, serca oraz innych narządów.
Podczas Misji Apollo 17, która miała miejsce w 1972 roku, ludzie spędzili na Księżycu 3 dni 2 godziny 59 minut i 40 sekund. Jeden z astronautów – Scott Kelly spędził na stacji kosmicznej 340 dni 8 godzin 42 minuty 54 sekundy (2015‑2016). Po powrocie na Ziemię astronauci skarżyli się na zawroty i bóle głowy, problemy poznawcze, problemy z pamięcią oraz orientacją w terenie.
iW5auRwJqU_d5e423
Słownik
ciężar
ciężar
siła, z jaką grawitacja oddziałuje na przedmiot o określonej masie
masa
masa
ilość substancji, z jakiej zbudowane jest dane ciało
siła grawitacji
siła grawitacji
siła, z jaką jedno ciało przyciąga drugie; im większa masa tego ciała, tym większa jest siła jego grawitacji
stan nieważkości
stan nieważkości
stan, w którym różne siły działające na ciało powodują, że to ciało mimo niezmienionej masy nie ma chwilowo ciężaru
iW5auRwJqU_d5e602
Zadania
1
Pokaż ćwiczenia:
31
Ćwiczenie 1
RDRf0sRC6KeHV1
2
Ćwiczenie 2
RLA7X9mXiQVyD1
1
Ćwiczenie 3
R1Hbv6ELNS7vk1
Łączenie par. Oceń czy zdania dotyczące kierunku działania siły grawitacji ziemskiej są prawdziwe czy fałszywe, a następnie zaznacz prawda lub fałsz.. Ziemia przyciąga wszystkie obiekty w kierunku swojego środka.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Ziemia odpycha wszystkie obiekty od swojego środka.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Grawitacja ziemska wytwarza poza Ziemią stan nieważkości.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Łączenie par. Oceń czy zdania dotyczące kierunku działania siły grawitacji ziemskiej są prawdziwe czy fałszywe, a następnie zaznacz prawda lub fałsz.. Ziemia przyciąga wszystkie obiekty w kierunku swojego środka.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Ziemia odpycha wszystkie obiekty od swojego środka.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Grawitacja ziemska wytwarza poza Ziemią stan nieważkości.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Oceń prawdziwość informacji dotyczących kierunku działania siły grawitacji ziemskiej.
Prawda
Fałsz
Ziemia przyciąga wszystkie obiekty w kierunku swojego środka.
□
□
Ziemia odpycha wszystkie obiekty od swojego środka.
□
□
Grawitacja ziemska wytwarza poza Ziemią stan nieważkości.
□
□
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 4
R9QrZCR0oSbfr1
Łączenie par. Wskaż, które zdanie są prawdziwe, a które fałszywe.. Ciężar ciała zmienia się w zależności od siły grawitacji.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Masa ciała, które znalazło się na innej planecie niż Ziemia, może ulec zmianie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Na Księżycu to samo ciało waży sześciokrotnie mniej niż na Ziemi.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. W stanie nieważkości ciało nie posiada masy.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Łączenie par. Wskaż, które zdanie są prawdziwe, a które fałszywe.. Ciężar ciała zmienia się w zależności od siły grawitacji.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Masa ciała, które znalazło się na innej planecie niż Ziemia, może ulec zmianie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Na Księżycu to samo ciało waży sześciokrotnie mniej niż na Ziemi.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. W stanie nieważkości ciało nie posiada masy.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Wskaż, które zdanie są prawdziwe, a które fałszywe.
Prawda
Fałsz
Ciężar ciała zmienia się w zależności od siły grawitacji.
□
□
Masa ciała, które znalazło się na innej planecie niż Ziemia, może ulec zmianie.
□
□
Na Księżycu to samo ciało waży sześciokrotnie mniej niż na Ziemi.