Podsumowanie wiadomości o oddziaływaniach i wielkościach fizycznych

Jeśli chcesz powtórzyć wiadomości o tym czym zajmuje się fizyka, co to są oddziaływania i jakie rodzaje oddziaływań wyróżniamy, a także czym różni się masa od ciężaru, czytaj dalej.

Przed przystąpieniem do rozwiązywania zadań w tym materiale, powinieneś znać zagadnienia dotyczące:

pojęć takich jak ciało fizyczneciało fizyczneciało fizyczne, substancja, wielkość fizycznawielkość fizycznawielkość fizyczna, zjawisko fizycznezjawisko fizycznezjawisko fizyczne;
roli pomiaru w naukowym poznawaniu świata i zasad prawidłowego pomiaru podstawowych wielkości fizycznych;
typów i rodzajów oddziaływań występujących w przyrodzie oraz jak dostrzegać i klasyfikować ich skutki;
pojęcia siły, która jest miarą oddziaływań i wielkością wektorową;
rozróżniania takich pojęć, jak ciężar, masamasamasa oraz siła grawitacjiciężar ciała (siła ciężkości)siła grawitacji, które w języku potocznym są często utożsamiane.

Możesz je znaleźć w poniższych materiałach

Pomiary w fizyce. Niepewność pomiaru. Przeliczanie wielokrotności i podwielokrotnościP57LDHIsZPomiary w fizyce. Niepewność pomiaru. Przeliczanie wielokrotności i podwielokrotności;
Rodzaje oddziaływań i ich skutki. Wzajemność oddziaływańPKabcLEocRodzaje oddziaływań i ich skutki. Wzajemność oddziaływań;
Siła jako miara oddziaływań. Równowaga sił. Siła wypadkowa. Wyznaczanie siły wypadkowejPRWxeLUO2Siła jako miara oddziaływań. Równowaga sił. Siła wypadkowa. Wyznaczanie siły wypadkowej;
Masa i ciężar ciałaPKrq95LzMMasa i ciężar ciała.

RudT5VXwOazCC

Zdjęcie przedstawiające panoramę nocną. Na pierwszym planie znajduje się droga asfaltowa. Droga prowadzi prosto w stronę horyzontu, na jej końcu widać białe światło. Po obu stronach drogi są drzewa. Na niebie ogromna liczba gwiazd z wyraźnie odznaczającą się Drogą Mleczną, tworzącą ogromny łuk nad całym kadrem. — Fizyka zajmuje się badaniem właściwości i przemian materii oraz energii, a także zachodzących między nimi oddziaływań – jej poznanie to sposób na zrozumienie świata oraz sił natury
Źródło: Rodney Campbell, dostępny w internecie: https://www.flickr.com/ [dostęp 7.03.2022], licencja: CC BY-NC-ND 2.0.

Czym zajmuje się fizyka

RWgL4LRJLhR4c

Zdjęcie przedstawia źdźbło trawy w dużym przybliżeniu. W tle rozmyte kontury innych źdźbeł. Na źdźble widać 5 dużych kropli oraz 6 małych kropelek rosy. Od kropli odbijają się promienie słoneczne. W największych kroplach widać również odwrócony obraz trawnika, kawałka nieba oraz Słońca. — Krople rosy na trawie
Źródło: Dylan Parker, licencja: CC BY-SA 2.0.

Przedmiotem badań fizyki są ciała fizyczne. Terminem tym określamy wszystkie obiekty materialne należące zarówno do świata przyrody nieożywionej, jak i ożywionej, których właściwości oraz zachowania są analizowane. Ciałami fizycznymi są m.in. samochód, mucha, sztangista, piłka tenisowa, Słońce, jabłko i ziarnko piasku. Ciała fizyczne zawsze są z czegoś zbudowane, a ten budulec nazywamy substancją. Przykładami substancji są: woda, papier, stal, drewno, złoto. Podstawową czynnością w naukowym badaniu świata jest pomiar. Polega on na porównaniu mierzonej wielkości z wzorcem, zwanym jednostką tej wielkości.

Zarówno ciała fizyczne, jak i substancje podlegają określonym procesom – coś się z nimi dzieje, zachodzi jakaś zmiana. Procesy te nazywamy zjawiskami fizycznymi. Są nimi m.in. wrzenie wody, ruch, przepływ prądu elektrycznego, powstawanie tęczy, osiadanie rosy, zachód słońca, pływanie, emisja fal. Cechy ciał fizycznych, substancji i zjawisk fizycznych, które możemy zmierzyć, nazywamy wielkościami fizycznymi. Należą do nich: masa, ciężar, prędkość, siła, natężenie prądu elektrycznego.

Podsumujmy: fizyka zajmuje się badaniem ciał i zjawisk fizycznych, które opisuje się za pomocą wielkości fizycznych.

Podstawowe wielkości fizyczne

R1GHgOdpLXNYu

Fotografia przedstawia termometr cieczowy z trzema skalami temperatur: Celsjusza, Fahrenheita i Kelvina. Skale Celsjusza (o zakresie od minus dziesięć do plus pięćdziesiąt stopni Celsjusza) oraz Kelvina (o zakresie od dwustu sześćdziesięciu do trzystu dwudziestu kelwinów) znajdują się przy słupku cieczy, który wskazuje temperaturę około piętnastu stopni Celsjusza oraz około dwieście osiemdziesięciu ośmiu i pół kelwinów. Skala Fahrenheita (o zakresie od minus trzydziestu do stu dwudziestu stopni Fahrenheita) jest poniżej. Jest to tarcza ze wskazówką, wskazującą sześćdziesiąt stopni Fahrenheita. — Termometr cieczowy z trzema skalami temperatur: Celsjusza, Fahrenheita i Kelvina
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

**Wybrane podstawowe wielkości fizyczne, ich jednostki podstawowe w układzie SI oraz przyrządy do mierzenia ich wartości**
Wielkość fizyczna	Jednostka	Przyrząd pomiarowy
czas	sekunda	zegar lub stoper
długość	metr	linijka, suwmiarka, dalmierz
masa	kilogram	waga
temperatura	kelwin lub stopień Celsjusza (w niektórych krajach stopień Fahrenheita)	termometr

Niepewność pomiaru

RFkmgzp97HPbk

Zdjęcie przedstawia główkę suwmiarki z noniuszem, leżącą na czerwonym materiale. Suwmiarka ma barwę stalowoszarą. Na suwmiarce wyraźnie widoczna jest skala. — Suwmiarka z noniuszem
Źródło: ArtMechanic, dostępny w internecie: http://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Noniusz jest pomocniczą podziałką, zwiększająca dokładność odczytywanego wyniku pomiaru.

Rtb7XFUIX05LI

Sposób wykonania pomiaru za pomocą suwmiarki
Źródło: Jollyroger, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/ [dostęp 23.04.2022 r.], licencja: CC BY 2.5.

Każdy pomiar jest obarczony niepewnością pomiarową. Wartością najbardziej zbliżoną do rzeczywistej wartości mierzonej wielkości jest średnia arytmetyczna wyników pomiarów. Niepewność pomiaru może wynikać z:

właściwości badanego ciała fizycznego,
dokładności użytych przyrządów pomiarowych,
cech eksperymentatora.

Niepewność pomiarowa nie świadczy źle o eksperymentatorze, sprzęcie pomiarowym czy metodzie pomiaru. Osoba przeprowadzająca doświadczenie powinna jednak uwzględniać niepewność pomiaru i umieć ją oszacować.

Oddziaływania na odległość

R1XQkTEyc7npX

Schemat przedstawia sztucznego satelitę Ziemi. Wykropkowaną elipsą zaznaczono orbitę, po której satelita obiega Ziemię. W jednym z ognisk elipsy znajduje się ilustracja Ziemi. Po przeciwległej stronie na elipsie znajduje się satelita. — Satelita na orbicie okołoziemskiej
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Oddziaływania na odległość zachodzą wtedy, gdy ciała się nie stykają, są od siebie oddalone, a jednak wzajemnie oddziałują na siebie. Należą do nich oddziaływania: grawitacyjne, elektryczne, magnetyczne i jądrowe.

Oddziaływania grawitacyjne, elektryczne i magnetyczne mają daleki zasięg, ponieważ ich skutki są odczuwalne nawet przy znacznych odległościach. Natomiast oddziaływania jądrowe (które w fizyce dzieli się dodatkowo na silne i słabe) cechuje krótki zasięg. A nawet bardzo krótki, ponieważ – jak sama nazwa wskazuje – dotyczą cząstek elementarnych we wnętrzach pojedynczych atomów.

Oddziaływania elektryczne

RrTfwJHfSZnrG

Na fotografii widnieje piorun na tle nieba. W dolnej części fotografii widać płynącą rzekę oraz budynki, które znajdują się przy brzegu. Budynki są oświetlone. Niebo oraz rzeka mają kolor ciemnofioletowy. Całe niebo pokryte jest siatką piorunów. Pioruny mają barwę bardzo jasną, prawie białą. — Błyskawica jako wizualny efekt wyładowania atmosferycznego
Źródło: Jp Marquis, dostępny w internecie: http://commons.wikimedia.org [dostęp 3.03.2022], licencja: CC BY-SA 3.0.

Oddziaływania elektryczne są skutkiem wzajemnych oddziaływań ciał posiadających ładunki elektryczne. Istnieją dwa rodzaje ładunków: dodatnie i ujemne.

Ładunki tego samego znaku nazywamy ładunkami jednoimiennymi, natomiast ładunki różnych znaków – różnoimiennymi.

Ładunki jednoimienne (np. dwa dodatnie lub dwa ujemne) się odpychają, a ładunki różnoimienne (np. jeden dodatni, a drugi ujemny) się przyciągają.

Oddziaływania grawitacyjne

R1Viv8detuDbM

Na ilustracji zaprezentowano drzewo stojące na trawie. Korona drzewa rozłożysta, zajmuje całą szerokość rysunku. Na gałęziach znajdują się liście i jabłka. Z prawej strony drzewa, od jednego z jabłek odchodzi wektor. Kierunek prostopadły do podłoża. Zwrot ku ziemi. Punkt przyłożenia na środku jabłka. Punkt przyłożenia drugiego wektora znajduje się na ziemi. Wektor ma ten sam kierunek, lecz przeciwny zwrot. Wektory mają równą długość. Oba wektory leżą na tej samej prostej. — Jabłko Newtona
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Oddziaływania grawitacyjne polegają na tym, że każde ciało posiadające masę oddziałuje na inne – im większa jest ich masa, tym oddziaływanie jest silniejsze. Ciała oddziałujące grawitacyjnie zawsze się przyciągają. Ziemia, podobnie jak inne ciała niebieskie, przyciąga wszystkie ciała znajdujące się w jej otoczeniu.

Oddziaływania magnetyczne

Ry7VbImeHTKcX

Ilustracja przedstawia dwa magnesy. Jeden ma kształt podkowy. Drugi ma kształt prostopadłościanu. Na obu oznaczono bieguny. Jedna połowa pierwszego magnesu ma kolor niebieski. Oznaczona została literą N. Druga połowa ma kolor czerwony. Oznaczona literą S. W drugim magnesie jedna połowa ma kolor niebieski i oznaczenie N. Druga połowa ma kolor czerwony i oznaczenie S. — Magnesy
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Oddziaływania magnetyczne to przyciąganie lub odpychanie się ciał mających właściwości magnetyczne.

Każdy magnes ma dwa bieguny: północny – oznaczany literą N (od ang. north – północ) i południowy – oznaczany literą S (od ang. south – południe). Magnetyczny biegun północny jest zbieżny z geograficznym kierunkiem północnym na Ziemi, wskazywanym przez igłę kompasu.
Bieguny jednoimienne (dwa północne lub dwa południowe) się odpychają, a różnoimienne (północny i południowy) – przyciągają.

Magnesy przyciągają przedmioty, w skład których wchodzi żelazo $(Fe)$ . Właściwości magnetyczne oprócz żelaza mają również pierwiastki takie jak kobalt $(Co)$ i nikiel
$(Ni)$ , a także niektóre stopy.

Oddziaływania bezpośrednie

RFsiz885PL6oz

Ilustracja przedstawia sprężynę do ćwiczeń. Urządzenie składa się z dwóch uchwytów i kilku sprężyn ją łączących. Na ilustracji pokazano ręce, które trzymają urządzenie za uchwyty i rozciągają sprężyny. — Oddziaływanie sprężyste
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Oddziaływania bezpośrednie wymagają bezpośredniego kontaktu ciał oddziałujących ze sobą. Do takich oddziaływań należą: pchanie, ciągnięcie, podnoszenie, zginanie, skręcanie, rozrywanie, rozciąganie, ściskanie i zgniatanie.

Jeżeli ciało wykazuje właściwość zwaną sprężystością, to po ustąpieniu działania siły zewnętrznej, która spowodowała odkształcenie tego ciała, może ono powrócić do swojego pierwotnego kształtu lub pierwotnej objętości. Siły, które są za to odpowiedzialne, nazywamy siłami sprężystości, a oddziaływania – sprężystymi. Każde ciało sprężyste ma cechę nazywaną granicą sprężystości. Po przekroczeniu tej granicy deformacje dokonywane przyłożoną siłą stają się nieodwracalne (np. szkło pęka, gałąź łamie się, drut wygina się na stałe). Granica sprężystości jest zależna od wielu czynników, m.in. rodzaju materiału, z którego wykonane jest ciało, jego kształtu i czynników zewnętrznych.

Wzajemność oddziaływań

R1cDnpmiSSSK6

Na zdjęciu widać rękę trzymającą trzy nitki. Do przeciwległego końca każdej z nitek zamocowany jest jeden balonik. Nitki są naprężone, a baloniki widocznie się odpychają. — Wzajemne odpychanie baloników
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Wszystkie oddziaływania występujące w przyrodzie są zawsze wzajemne, tzn. gdy jedno ciało oddziałuje na drugie, to drugie oddziałuje na pierwsze. Różne mogą być natomiast efekty takiego oddziaływania. Na zdjęciu powyżej każdy balonik odpycha pozostałe i jest przez nie odpychany.

Skutki oddziaływań

R183cZjNN0rvK

Zdjęcie przedstawia dwa zniszczone samochody na skutek kolizji. W tle ulica oraz drzewa. Niebo jasne. Maski obu aut są w całości zgniecione. Zderzaki odpadły. Na ulicy widać leżące fragmenty potłuczonych reflektorów oraz elementów karoserii. — Zderzenie czołowe samochodów
Źródło: K. Chan, edycja: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 2.0.

Skutki oddziaływań dzielimy na dwie grupy:

skutki statyczne – np. zgniecenie, złamanie, rozciągnięcie, rozkruszenie, zgięcie,
skutki dynamiczne – np. zwiększanie prędkości, hamowanie, skręcanie (zmiana kierunku ruchu).

Siła – wektorowa wielkość fizyczna

R1jwsSxvwh9UM

Na grafice widać chłopca pchającego wózek z ładunkiem. Chłopiec pcha wózek z wyraźnym wysiłkiem. Od rączki wózka, na której chłopak położył ręce i którymi przykłada siłę pchającą, odchodzi wektor o kierunku równoległym do podłoża i ze zwrotem w prawo. Wektor podpisany jest jako F. Strzałka jest bardzo długa, co oznacza dużą siłę. — Siła jako wielkość wektorowa
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Siła to wielkość fizyczna, która jest miarą wzajemnego oddziaływania ciał. Oznaczamy ją symbolem $\vec{F}$ , a jej jednostką jest niuton (symbol $\mathrm{N}$ ). Siła jest wielkością wektorową, czyli ma wartość, kierunek, zwrot i punkt przyłożenia. Przyrządem służącym do pomiaru siły jest siłomierz.

Siła wypadkowa i siła równoważąca

Siłę, która powoduje ten sam skutek co działanie kilku innych sił, nazywamy siłą wypadkową, a poszczególne siły – siłami składowymi.

Siła wypadkowa jest wektorową sumą sił składowych.

Gdy wszystkie siły składowe mają takie same kierunki i zwroty, dodawanie sił w celu obliczenia wypadkowej sprowadza się do prostego działania arytmetycznego, czyli dodania poszczególnych wartości. Kierunek i zwrot siły wypadkowej pozostają takie same.

R1OEns4mW6dps

Ilustracja przedstawia schemat dodawania wektorów, które leżą na tej samej prostej, czyli mających ten sam kierunek. Gdy wektory mają zgodne zwroty, to dodajemy ich długości. — Wypadkowa sił o tym samym zwrocie
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

$F_\mathrm{W}=F_{1}+F_{2}$

Dodawanie do siebie wektorów sił o takich samych kierunkach, lecz przeciwnych zwrotach jest tak naprawdę odejmowaniem wartości siły mniejszej od wartości siły większej. Siła wypadkowa zachowuje kierunek i zwrot siły większej.

RXbiLoWWnTSmJ

Ilustracja przedstawia schemat dodawania wektorów, które leżą na tej samej prostej, czyli mających ten sam kierunek. Gdy wektory mają przeciwne zwroty, długości odejmujemy, a wynikowy wektor ma zwrot wektora dłuższego. — Wypadkowa sił o przeciwnym zwrocie
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

$F_\mathrm{W}=F_{1}-F_{2}$

Jeśli siły działające na ciało się równoważą, to siła wypadkowa równa jest $0\,\mathrm{N}$ .

Aby dwie siły mogły się równoważyć, muszą działać wzdłuż tego samego kierunku, mieć wspólny punkt przyłożenia (działać na to samo ciało), taką samą wartość (długość wektora), ale przeciwne zwroty.

R1Aai14dIRlxX

Ilustracja przedstawia schemat dodawania wektorów, przeciwnych czyli takich, które mają taką samą długość i ten sam kierunek, to znaczy leżą na tej samej prostej, ale mają przeciwne zwroty. W wyniku dodania wektorów przeciwnych otrzymamy wektor zerowy. — Wypadkowa sił o przeciwnym zwrocie
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

$F_\mathrm{W}=F_{1}-F_{1}=0$

Jak już wiesz, istnieją różne metody dodawania wektorów, przydatne podczas wykonywania zadań z zakresu fizyki sił. Metoda równoległoboku jest przydatna zwłaszcza w wyznaczaniu siły wypadkowej działającej na dane ciało. Jeśli wektory są do siebie prostopadłe to:

RJQSjBYNWX06S

Ilustracja przedstawia schemat dodawania sił metodą równoległoboku. Długościom wektorów odpowiadają długości boków równoległoboku. Długość przekątnej tego równoległoboku odpowiada długości wektora składowego. — Dodawanie sił metodą równoległoboku
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

$F_\mathrm{W}= \sqrt{F_{1}^2+F_{2}^2}$

Dla zainteresowanych

Jeśli chcesz uzupełnid materiał bieżącej lekcji, rozwiń poniższą zakładkę.

Uzupełnienie: Metoda rónoległoboku dla wektorów nieprostopadłych

R1UZ7vt4Wk7rg

Na rysunku przestawiono dwa wektory jeden poziomy ze zwrotem w prawo, drugi pod pewnym kątem do niego ze zwrotem w dół. Obydwa wektory mają ten sam punkt przyłożenia. Narysowano odcinki równoległe do tych wektorów o odpowiadających im długościach tak, że odcinki mają swój początek w końcach wektorów. Poprowadzono trzeci wektor, będący sumą tych dwóch wektorów z punktu przyłożenia dwóch poprzednich wektorów do punktu przecięcia odcinków równoległych. — Dodawanie dwóch nieprostopadłych wektorów.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Masa a siła ciężkości

R1PWm9HXSzoxx

Na grafice widać siłomierz którego wskazanie wynosi 15 niutonów oraz zawieszoną na nim torbę o wadze półtora kilograma. — Siłomierz
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Aby wyznaczyć ciężar lub siłę ciężkości ciała, musimy określić wartość nacisku ciała na podłoże lub np. zmierzyć siłę rozciągającą sprężynę w siłomierzu. Istnienie ciężaru wynika głównie z obecności siły grawitacji. W języku potocznym pojęcia „ciężar” i „masa” często stosuje się wymiennie, jednak nie są one tożsame.

siła ciężkości = masa \cdot przyspieszenie ziemskie

Q = m \cdot g

Przyspieszenie ziemskie ma wartość około $10\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$ .

Warunki prawidłowego ważenia

RIY8RePiCsM9O

Na rysunku widać wagę cyfrową, wyraźnie odchyloną od poziomu. Ekran pokazuje wartość 0,00. — Waga
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Prawidłowe ważenie wymaga spełnienia następujących warunków:

szalka wagi powinna być wypoziomowana (a nacisk na szalkę – pionowy);
ważone ciało i waga muszą być nieruchome względem Ziemi (tzn. mogą poruszać się tylko tak, aby nie uległ zmianie nacisk na szalkę).

Te warunki sprawiają, że dokonywanie pomiarów wagi np. w jadącej windzie może dać nam błędne wyniki.

Wielokrotności i podwielokrotności

R5AC1fA9nLHTq

Przedrostki jednostek miar pozwalają uprościć zapis. Często bezwiednie stosujemy je w codziennym życiu. Przykładowo: słowo „kilogram” składa się z przedrostka „kilo-”, oznaczającego wielokrotność – tysiąc, i słowa „gram”, a zatem oznacza tysiąc gramów. „Milimetr” składa się z przedrostka „mili-”, oznaczającego podwielokrotność – jedną tysięczną, i słowa „metr”, a zatem oznacza $0,001$ metra. W dziesiętnym systemie liczbowym wszystkie wielokrotności i podwielokrotności mają za podstawę liczbę $10$ .

Wybrane wielokrotności i podwielokrotności jednostek podstawowych
nazwa	symbol	wartość	wartość w notacji wyładniczej
kilo	$\mathrm{k}$	$1000$	$10$ Indeks górny $3$ Indeks górny koniec
hekto	$\mathrm{h}$	$100$	$10$ Indeks górny $2$ Indeks górny koniec
deka	$\mathrm{da}$	$10$	$10$ Indeks górny $1$ Indeks górny koniec
decy	$\mathrm{d}$	$0,1$	$10$ Indeks górny $-1$ Indeks górny koniec
centy	$\mathrm{c}$	$0,01$	$10$ Indeks górny $-2$ Indeks górny koniec
mili	$\mathrm{m}$	$0,001$	$10$ Indeks górny $-3$ Indeks górny koniec

Ćwiczenie 1

Oblicz największą i najmniejszą wartość wypadkowej dwóch sił o wartościach $5$ i $7\,\mathrm{N}$ .

R5S4GYc4hmlmv

Największą wartość wypadkowej tych dwóch sił otrzymamy, gdy założymy, że mają one te same kierunki i zwroty: $7\,\mathrm{N}+5\,\mathrm{N}=12\,\mathrm{N}$ .
Najmniejszą wartość wypadkowej tych dwóch sił otrzymamy, gdy założymy, że mają one te same kierunki ale przeciwne zwroty: $7\,\mathrm{N}-5\,\mathrm{N}=2\,\mathrm{N}$ .

Największa wartość wypadkowej wynosi $12\,\mathrm{N}$ , natomiast najmniejsza $2\,\mathrm{N}$ .

Zapamiętaj!

Długość wektora nie może być ujemna.

Polecenie 1

Podaj trzy przykłady ciał fizycznych. Przy każdym z nich podaj nazwę substancji, z jakiej ciało te jest zbudowane, oraz wymień wielkość fizyczną, cechującą to ciało.

RRbqxsGOsK3WG

Ćwiczenie 2

W gnieździe stoi bocian o masie $4,3\,\mathrm{kg}$ . Oblicz jego ciężar.

RdRajshxK9qYr

Ciężar równy jest masie pomnożonej przez wartość przyspieszenia ziemskiego: $Q=m\cdot g=4,3\,\mathrm{kg}\cdot10\,\mathrm{\frac{N}{kg}}=43\,\mathrm{N}$ .

Ciężar bociana to $43\,\mathrm{N}$ .

Ćwiczenie 3

Ślusarz mierzył średnicę kulki potrzebnej do łożyska. Pomiar wykonał za pomocą śruby mikrometrycznej (mikromierza), której najmniejsza działka wynosiła $0,02\,\mathrm{mm}$ . Powtórzył go pięć razy i otrzymał następujące wyniki: $5,12\,\mathrm{mm}$ , $5,10\,\mathrm{mm}$ , $5,14\,\mathrm{mm}$ , $5,08\,\mathrm{mm}$ , $5,10\,\mathrm{mm}$ . Oblicz wartość najbardziej zbliżoną do rzeczywistej średnicy kulki. Odpowiedź podaj z taką samą liczbą cyfr znaczących, co w otrzymanych przez ślusarza wynikach.

R1KwaiZUcLNQv

Suma otrzymanych wyników, podzielona przez liczbę pomiarów: $d = \mathrm{\large\frac{5,12\,{mm}+5,10\,{mm}+5,14\,{mm}+5,0\,{mm}+5,10\,{mm}}{5}} = {\large\frac{25,54\,\mathrm{mm}}{5}} = 5,108\,\mathrm{mm} =$ $\approx 5,11\,\mathrm{mm}$ .

Wartość najbardziej zbliżoną do rzeczywistej średnicy kulki wynosi $5,11\,\mathrm{mm}$ .

Ćwiczenie 4

W instrukcji obsługi podestu używanego na rusztowaniach budowlanych napisano: „udźwig: $2,5\,\mathrm{kN}$ ”. Oblicz maksymalną masę cegieł, narzędzi i innych materiałów, jaką murarz może zabrać na ten podest, aby bezpiecznie wykonać swoją pracę. Murarz ma masę $80\,\mathrm{kg}$ .

RncpqBBDJOr1s

Udźwig $Q = 2,5\,\mathrm{kN} = 2500\,\mathrm{N}$ oznacza, że maksymalna masa, jaka może znajdować się na podeście, to $M = {\large\frac{Q}{g}} = {\large\frac{2500\,\mathrm{N}}{10\,\mathrm{\frac{N}{kg}}}} = 250\,\mathrm{kg}$ . Zatem maksymalna masa ładunku wynosi $m = M - 80\,\mathrm{kg} = 250\,\mathrm{kg} - 80\,\mathrm{kg} = 170\,\mathrm{kg}$ .

Aby bezpiecznie wykonać swoją pracę, murarz może zabrać na podest ładunek o masie równej maksymalnie $170\,\mathrm{kg}$ .

Ćwiczenie 5

Na pewnej planecie wykonano doświadczenie z materiału Masa i ciężar ciałaDhKfPT32tMasa i ciężar ciała.

Pomiar siły ciężkości

Doświadczenie 1

Ustalenie związku między siłą ciężkości a masą ciała.

Co będzie potrzebne

osiem odważników o masie $50\,\mathrm{g}$ każdy (można je zastąpić innym kompletem jednakowych odważników o znanej masie, np. $100\,\mathrm{g}$ ) mających haczyki do podwieszania;
siłomierz o zakresie $5\,\mathrm{N}$ (zakres siłomierza należy dobrać do liczby i masy odważników, np. do stugramowych potrzebny będzie zakres $10\,\mathrm{N}$ );
statyw.

Instrukcja

Zamocuj siłomierz na statywie.
Zawieś jeden odważnik na siłomierzu, odczytaj wskazanie tego przyrządu i zanotuj wynik w tabeli pomiarów (siłę zapisz w czwartej kolumnie, a masę – w drugiej).
Dołóż kolejny odważnik, odczytaj wskazanie siłomierza i zanotuj wynik.
Czynność z pkt. 3. powtarzaj do momentu, aż wszystkie odważniki zawisną na siłomierzu.
Oblicz masę odważników w kilogramach, a wyniki zapisz w trzeciej kolumnie.

Wyniki tego doświadczenia zapisano w tabeli:

**Wyniki pomiarów**
$\,\mathrm{Lp.}$	$m\,\left[\mathrm{g}\right]$	$m\,\left[\mathrm{kg}\right]$	$Q\,\,\left[\mathrm{N}\right]$
$1$	$20$	$0,02$	$0,08$
$2$	$40$	$0,04$	$0,16$
$3$	$60$	$0,06$	$0,23$
$4$	$80$	$0,08$	$0,33$
$5$	$120$	$0,12$	$0,49$

Wyznacz wartość przyspieszenia grawitacyjnego na tej planecie. Zapisz wzór opisujący związek między masą ciała a siłą ciężkości. Wynik obliczeń zaokrąglij do trzech cyfr znaczących.

RDOJYw0G1FC8k

${\large\frac{Q}{m}} = {\large\frac{0,08\,\mathrm{N}}{0,02\,\mathrm{kg}}} = 4,00\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
${\large\frac{Q}{m}} = {\large\frac{0,16\,\mathrm{N}}{0,04\,\mathrm{kg}}} = 4,00\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
${\large\frac{Q}{m}} = {\large\frac{0,23\,\mathrm{N}}{0,06\,\mathrm{kg}}} = 3,8(3)\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}} \approx 3,83\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
${\large\frac{Q}{m}} = {\large\frac{0,33\,\mathrm{N}}{0,08\,\mathrm{kg}}} = 4,125\mathrm{\large\frac{N}{kg}} \approx 4,13\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
${\large\frac{Q}{m}} = {\large\frac{0,49\,\mathrm{N}}{0,12\,\mathrm{kg}}} = 4,08(3)\mathrm{\large\frac{N}{kg}} \approx 4,08\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$

Właściwy wzór opisujący związek między masą ciała a siłą ciężkości to $Q = m \cdot g$ , a więc siła ciężkości równa jest iloczynowi masy i przyciągania ziemskiego.

$4,00\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
$4,00\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
$3,83\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
$4,13\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$
$4,08\,\mathrm{\large\frac{N}{kg}}$

Właściwy wzór opisujący związek między masą ciała a siłą ciężkości to $Q = m \cdot g$ , a więc siła ciężkości równa jest iloczynowi masy i przyciągania ziemskiego.

Ćwiczenie 6

Masę kamieni szlachetnych i pereł podaje się w karatach metrycznych ( $1\,\mathrm{ct}=0,2\,\mathrm{g}$ ). Największy z dotychczas znalezionych diamentów (noszący nazwę Cullinan [czyt.: kalynen]) miał masę $3106\,\mathrm{ct}$ . Wykonano z niego $105$ brylantów, ale przy obróbce stracono aż $65\%$ pierwotnej masy kamienia.
Ile gramów i ile karatów mają łącznie brylanty wykonane z Cullinana? Zapisz obliczenia.

RpUbA2bANaRGC

Skoro przy obróbce stracono $65\%$ masy kamienia, to znaczy, że zostało $100\%-65\%=35\%$ masy początkowej, a więc zostało $3106\,\mathrm{ct}\cdot35\%=1087,1\,\mathrm{ct}$ . Ponieważ $1\,\mathrm{ct}=0,2\,\mathrm{g}$ , to łączna masa brylantów (a więc tego, co zostało z kamienia) w gramach wynosi $m = \mathrm{\large\frac{1087,1\,{ct}\,\cdot\,0,2\,{g}}{1\,{ct}}} = 217,42\,\mathrm{g}\approx217,4\,\mathrm{g}$ .

Brylanty wykonane z Cullinana mają łącznie $1087,1\,\mathrm{ct}$ , co równa się $217,4\,\mathrm{g}$ .

Ćwiczenie 7

Na unoszący się magnes (patrz rysunek) działają trzy siły:

siła ciężkości o wartości $0,5\,\mathrm{N}$ ,
siła magnetycznego odpychania przez drugi magnes (też o wartości $0,5\,\mathrm{N}$ ) leżący na stole,
skierowana poziomo siła o wartości $0,1\,\mathrm{N}$ – jest to siła przyciągania ze strony kawałka żelaza.

Aby magnes pozostał w równowadze, trzeba przyłożyć do niego pewną siłę. Zapisz cechy tej siły – podaj jej wartość, kierunek i zwrot. Uzasadnij swoją odpowiedź.

R1dMWOsfSXCFu

Na rysunku widać magnes sztabkowy leżący na poziomym podłożu biegunem południowym do podłoża. Nad nim w pewnej odległości znajduje się drugi identyczny magnes sztabkowy zwrócony biegunem północnym w dół. Na prawo od środka tego magnesu znajduje się dłoń trzymająca gwóźdź. Do środka tego magnesu przyczepione są trzy wektory: pierwszy wektor F z indeksem dolnym c o kierunku pionowym zwrocie w dół, ma on wartość pół niutona; drugi wektor F z indeksem dolnym m o kierunku pionowym zwrocie w górę, ma on wartość pół niutona i długość taką samą jak wektor F z indeksem dolnym c; trzeci wektor F z indeksem dolnym ż mający kierunek poziomy zwrot w prawo i jest dużo krótszy niż wektor F z indeksem dolnym c. Wektor F z indeksem dolnym ż ma wartość jedna dziesiąta niutona. — Siła równoważąca
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.

Rr82EnAEN8AUR

Siła ta powinna mieć tę samą wartość ( $0,1\,\mathrm{N}$ ) oraz kierunek (poziomy), co siła od kawałka żelaza, jednak przeciwny zwrot (w lewo).

Ćwiczenie 8

R1SwCViyorRq8

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Test

Ćwiczenie 9

RoKmTMZJiyAOC

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 10

RULA54A2A31YV

8 251 m – ile to kilometrów, a ile centymetrów?

8,251 km czyli 825 100 cm
82,51 km czyli 82 510 cm
0,8251 km czyli 82,51 cm
8,251 km czyli 8 251 000 cm
82,51 km czyli 825 100 cm

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 11

R5dI1OFJrdnyu

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 12

RjrIFLHWvtj1i

Przelicz stopnie Celsjusza na kelwiny dla następujących trzech wartości temperatury: -173 $C_{o}$ ; 0 $C_{o}$ ; 30 $C_{o}$ .

100 K; 273 K; 303 K
373 K; 273 K; 303 K
100 K; 273 K; 233 K
-100 K; -273 K; -303 K
200 K; 373 K; 403 K

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 13

RNlmvOCfu5naX

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 14

R1JMSkariATMa

Które z wymienionych tu oddziaływań wymaga bezpośredniego kontaktu?

Oddziaływanie sprężyste.
Oddziaływanie grawitacyjne.
Oddziaływanie magnetyczne.
Oddziaływanie elektryczne.
Oddziaływanie jądrowe.

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 15

R1bC59nTmrm7l

nie jest statycznym skutkiem oddziaływań?">

Które z opisanych tu zdarzeń nie jest statycznym skutkiem oddziaływań?

Skręcanie podczas jazdy rowerem
Stłuczenie szyby.
Ukształtowanie figurki z plasteliny.
Rozszerzenie balonika po jego nadmuchaniu.
Podarcie kartki papieru.

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 16

RJSWBZLeLpdyy

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 17

RlFzyu4TFXmki

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 18

Rb9PherhYFNLb

Para koni ciągnie wóz, działając na niego zgodnie zwróconymi siłami o wartościach 460 i 520 N. Gdyby konie zastąpić traktorem, to w celu osiągnięcia tego samego efektu musiałby on ciągnąć wóz siłą o wartości:

980 N
580 N
60 N
960 N
890 N

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 19

R1PpMxzqnBe8H

Na barkach stojącego ucznia spoczywa plecak o masie 23 kg, masa samego ucznia wynosi 55 kg. Jaką siłą uczeń naciska na podłogę? Przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego g = 10 $\frac{m}{s^{2}}$ .

780 N
550 N
55 kg
78 kg
230 N

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 20

RVuK3NcSfc46k

Dokończ zdanie, wybierając poprawną odpowiedź. Troje dzieci mocuje się z ciężką skrzynią skarbów; każde z nich pcha skrzynię siłą

10 N

z tym, że dwoje pcha w prawo, a jedno w lewo. Siła wypadkowa działająca na skrzynię 1. jest zwrócona w lewo i ma wartość

10 N

, 2. jest zwrócona w prawo i ma wartość

30 N

, 3. jest zwrócona w prawo i ma wartość

10 N

, 4. jest równa zero, 5. jest zwrócona w prawo i ma wartość

20 N

Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.

Słownik

ciało fizyczne

– każdy obiekt, którego właściwości można obserwować i mierzyć. Ciałem fizycznym mogą być organizmy żywe (np. ptak w czasie lotu, biegnący kot) lub dowolny przedmiot (np. kula bilardowa, sanki, Księżyc).

wielkość fizyczna

– cecha ciała fizycznego, substancji lub zjawiska fizycznego dająca się zmierzyć.

zjawisko fizyczne

– proces, w którym zmieniają się wielkości fizyczne opisujące ciało fizyczne lub substancję, z której jest ono zbudowane (np. podczas biegu zmienia się odległość biegacza od mety, a topniejąca kostka lodu zmienia kształt i objętość).

masa

– miara ilości substancji; zależy zarówno od materiału, z jakiego zostało wykonane, jak i od wymiarów danego ciała.

ciężar ciała (siła ciężkości)

– ciężar wynikający z obecności siły grawitacji. Mierzymy go przez pomiar siły nacisku na wagę lub pomiar wartości siły, z jaką dane ciało rozciąga sprężynę w siłomierzu.