Dlaczego jabłko spada na ziemię?
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.
wiesz, jaki kształt ma Ziemia;
znasz rozmiary Ziemi.
tłumaczyć, co to jest powszechne ciążenie;
omawiać znaczenie grawitacji na Ziemi;
wyjaśniać, na czym polega stan nieważkości;
odróżniać masę ciała od jego ciężaru.
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.
Sprawdźmy, czy grawitacja działa jednakowo na wszystkie przedmioty. Może przedmioty o większej masie są przyciągane z większą siłą?
Sprawdzenie, jak grawitacja oddziałuje na różne przedmioty.
kilka przedmiotów o różnej masie, ale niezbyt dużej powierzchni, np. piłka nożna, piłeczka pingpongowa, pudełko zapałek, ołówek, spinacz.
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.
Jeśli wypuścimy dwa przedmioty dokładnie w tym samym momencie, upadną na podłogę w tym samym czasie.
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.
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.
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.
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.
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 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.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Animacja przedstawiająca zależność ciężaru od grawitacji. Na wszystkich rysunkach widoczny człowiek podnoszący ciężary najpierw na Ziemi, potem na Księżycu, potem na Jowiszu.
Masa ciała zawsze pozostaje taka sama, za to zmienia się jego ciężarciężar. 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.
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?
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.
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.
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.
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, jakie odczuwali niedogodności po powrocie na Ziemię.
Zobacz także
Zajrzyj do zagadnień pokrewnych:
Mniejsze nie zawsze jest lżejsze!
Jaki kształt ma Ziemia?
Słowniczek
siła, z jaką grawitacja oddziałuje na przedmiot o określonej masie
ilość substancji, z jakiej zbudowane jest dane ciało
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.
siła, z jaką jedno ciało przyciąga drugie; im większa masa tego ciała, tym większa jest siła jego grawitacji
stan, w którym różne siły działające na ciało powodują, że to ciało mimo niezmienionej masy nie ma chwilowo ciężaru
Zadania
Uzupełnij z listy.
leci do góry, jest większy, im ciało mniej waży, unosi się w powietrzu, na przedmioty wykonane z określonych materiałów, na metalowe przedmioty, pozostaje bez zmian, pozostaje bez zmian, im większą masę ma ciało, im ciało ma większą powierzchnię, na wszystkie przedmioty, maleje, im mniejszą masę ma ciało, rośnie, zmniejsza prędkość opadania, jest mniejszy, na przedmioty o dużej masie, spada w dół
Siła grawitacji sprawia, że rzucony przedmiot zawsze ....................................................................................................... Siła grawitacji działa jednakowo ....................................................................................................... Siła grawitacji jest tym większa, ....................................................................................................... Jeśli siła grawitacji działająca na dane ciało jest mniejsza, to ciężar tego ciała ....................................................................................................... Jego masa wówczas .......................................................................................................
Wybierz odpowiedź prawidłowo opisującą masę ciała w stanie nieważkości.
- W stanie nieważkości masa ciała nie ulega zmianie.
- W stanie nieważkości masa ciała zmniejsza się.
- W stanie nieważkości masa ciała rośnie.
- W stanie nieważkości masa ciała znika.
- W stanie nieważkości masa ciała wynosi zero.
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. | □ | □ |
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. | □ | □ |
| W stanie nieważkości ciało nie posiada masy. | □ | □ |
Ile razy ciężar ciała człowieka znajdującego się na Księżycu będzie mniejszy od jego ciężaru zmierzonego na Ziemi?
- 1 raz
- 4 razy
- 6 razy
- 12 razy