Grawitacja jest przyczyną wielu zjawisk i procesów, zachodzących równie dobrze w naszym bezpośrednim otoczeniu, w skali całej Ziemi, w skali Układu Słonecznego, Galaktyki i całego Wszechświata. Zjawiska te często bardzo się różnią. Niełatwo jest sporządzić pełną listę kontekstów, w jakich objawia się grawitacja. Traktuje o tym dwuczęściowy film samouczek.
cz. I. Grawitacja Newtona
W części pierwszej zwróć szczególną uwagę na problem unifikacji sposobu myślenia o zjawiskach tak - wydawałoby się - odległych, jak spadek kamienia i ruch Księżyca wokół Ziemi.
R1TepoKs8JhaU
Zapoznaj się z alternatywną ścieżką lektorską.
Zapoznaj się z alternatywną ścieżką lektorską.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Zapoznaj się z alternatywną ścieżką lektorską.
Dla zainteresowanych
W drugiej części samouczka zapoznasz się z podstawami koncepcji Einsteina połączenia grawitacji z geometrią czasoprzestrzeni. Dowiesz się, że owe 43 sekundy kątowe na sto lat w ruchu peryhelium Merkurego to nie żadna anomalia, lecz norma. Oczywiście pod warunkiem, że rozpoznamy nowe konteksty, w których objawia się grawitacja.
Polecenie 1
Podaj współczesne argumenty przemawiające za tezą, że siła wyporu działająca na ciało w cieczy jest objawem działania siły grawitacji.
uzupełnij treść
Przypomnij sobie najprostsze sformułowanie prawa Archimedesa. Do czego porównuje się w nim wartość siły wyporu?
W najprostszym ujęciu, wartość siły wyporu porównuje się w prawie Archimedesa do ciężaru wypartej cieczy. To nie przypadek: ciężar cieczy jest przyczyną powstania ciśnienia hydrostatycznego, różnego na różnych głębokościach. Z tym ciśnieniem wiążemy siły parcia cieczy na poszczególne fragmenty powierzchni zanurzonego w cieczy ciała. Konsekwentnie, siły ta mają różne wartości na różnych głębokościach. Siła wyporu - wypadkowa tych sił parcia - jest więc efektem siły grawitacji działającej na ciecz. W warunkach nieważkości siła wyporu nie występuje.
Polecenie 2
Wskaż dwa różne konteksty, w których w dawnych czasach ludzie mogli obserwować skutki występowania siły wyporu. Pamiętaj jednak, że nie znali oni pojęcia siły w dzisiejszym rozumieniu. Sformułuj rozumowanie oraz zaplanuj postępowanie, za pomocą którego można wskazać czynniki istotne oraz nieistotne dla przebiegu zjawiska.
uzupełnij treść
W obecności wody niektóre ciała poruszają się w dół, inne zaś nie.
Należy zbadać zachowanie różnych ciał w różnych płynach. Metodologia badań przewiduje, że należy zmieniać jeden czynnik na raz. Oznacza to, na przykład, że po wskazaniu trzech czynników, które mogą okazać się istotne, należy przeprowadzić trzy serie obserwacji: 1. W ustalonym płynie (np. w wodzie) obserwować zachowanie jednorodnych ciał wykonanych z tego samego materiału, ale różniących się wymiarami (objętością). 2. W ustalonym płynie (najlepiej również w wodzie) obserwować zachowanie jednorodnych ciał o tych samych wymiarach (objętości), ale wykonanych z różnych materiałów (tj. różniących się gęstością, a więc - przy ustalonej objętości - masą). 3. Badać zachowanie ustalonego (stała masa i objętość) jednorodnego ciała w różnych płynach.
Polecenie 3
Zapoznaj się z odpowiedzią do poprzedniego polecenia. Zapisz oczekiwane wyniki zaproponowanych trzech badań, zgodnie ze współczesnym stanem wiedzy.
uzupełnij treść
Pierwsze badanie pozwoli wykazać, że rozmiar (objętość) jednorodnego ciała nie wpływa na jego pływalność - jest to czynnik nieistotny dla jego przebiegu. Drugie badanie pozwoli wykazać, że istotnym czynnikiem dla pływalności ciała jest jakaś właściwość materiału, z którego jest ono zrobione. Dzisiaj wiemy, że chodzi o gęstość, choć zaproponowane badanie nie pozwala tego rozstrzygnąć. Trzecie badanie może doprowadzić badacza do błędnego wniosku, że jednorodne ciała dzielą się na dwie rozłączne kategorie: ciała tonące w płynach oraz ciała pływające w płynach. Zakres gęstości dostępnych na co dzień cieczy jest bowiem niewielki wobec rozpiętości gęstości ciał stałych. Jeśli więc badacz nie będzie dysponował choć jednym ciałem o gęstości z zakresu gęstości cieczy, to stwierdzi, że zmiana cieczy jest czynnikiem nieistotnym dla pływalności. Powiąże wtedy pływalność wyłącznie z właściwościami ciała.
Komentarz: Trzeci wynik jest przykładem sytuacji, która w przeszłości uruchamiała mechanizm ugruntowywania się w nauce błędnych poglądów. Przez wieki nauki przyrodnicze uznawały bowiem metodologię przypominającą scholastykę. Można ją streścić jako „przewaga poglądów zapisanych w starych księgach przez uznane autorytety nad wynikami prowadzonych współcześnie obserwacji, badań czy pomiarów, a także rozumowań na ich podstawie”. Takie podejście skutecznie hamuje korygowanie wcześniejszych błędów (do których każdy naukowiec ma prawo!) oraz bieżący rozwój nauki.