Rodzaje oddziaływań i ich skutki. Wzajemność oddziaływań

RrVdXQGqh5Jv7

Łucznicy w tradycyjnych mongolskich strojach podczas dorocznego festiwalu sportowego Nadaam w Ułan Bator. W kadrze wyraźnie widoczny jest jeden, klęczący na jednym kolanie, trzymający oburącz łuk. Drugi widoczny jest od pasa w dół, jak podaje strzały pierwszemu. Noga trzeciego widoczna jest w górnym prawym rogu zdjęcia.

Rodzaje oddziaływań w przyrodzie

Wokół nas występuje wiele różnych oddziaływań, z których obecności często nie zdajemy sobie sprawy. Kiedy łamiemy gałęzie na ognisko, pocieramy ręce, by się ogrzać, kopiemy piłkę czy też podnosimy jakiś przedmiot, mamy do czynienia z oddziaływaniami bezpośrednimioddziaływania bezpośrednieoddziaływaniami bezpośrednimi, do których należą ciągnięcie, pchanie, podnoszenie, zginanie, skręcanie, rozrywanie, rozciąganie, ściskanie, zgniatanie itd.

RvsxujLhL4Tag

Nagranie wideo na temat oddziaływania bezpośredniego. Piłkarz bierze rozbieg i zbliża się do piłki leżącej na murawie. Dobiega do piłki i z rozmachem kopie piłkę. W momencie zetknięcia stopy piłkarza z piłką następuje stopklatka. Natychmiast ze stopklatką ukazuje się czerwona strzałka wskazująca na stopę piłkarza i piłkę; nad strzałką napis: oddziaływanie bezpośrednie. Kontynuacja filmu: kopnięta piłka leci w kierunku bramki i ląduje w siatce. Następnie zostają wyświetlone ponownie opisane wyżej sceny w zwolnionym tempie, bez stopklatki. W momencie zetknięcia się stopy piłkarza z piłką pokazuje się strzałka wskazująca na stopę i piłkę i napis: Oddziaływanie bezpośrednie. Przybliżenie: widok z bliska piłki leżącej na murawie. W zwolnionym tempie do piłki zbliża się stopa piłkarza. Stopa uderza w piłkę. Wyświetlona zostaje jaskrawa strzałka wskazująca na stopę i piłkę oraz napis oddziaływanie bezpośrednie. Typowy widok 2 piłkarzy kłócących się i popychających. Jeden wyraźnie popycha drugiego. Nadbiega sędzia pokazując żółtą kartkę.

Nagranie wideo na temat oddziaływania bezpośredniego. Piłkarz bierze rozbieg i zbliża się do piłki leżącej na murawie. Dobiega do piłki i z rozmachem kopie piłkę. W momencie zetknięcia stopy piłkarza z piłką następuje stopklatka. Natychmiast ze stopklatką ukazuje się czerwona strzałka wskazująca na stopę piłkarza i piłkę; nad strzałką napis: oddziaływanie bezpośrednie. Kontynuacja filmu: kopnięta piłka leci w kierunku bramki i ląduje w siatce. Następnie zostają wyświetlone ponownie opisane wyżej sceny w zwolnionym tempie, bez stopklatki. W momencie zetknięcia się stopy piłkarza z piłką pokazuje się strzałka wskazująca na stopę i piłkę i napis: Oddziaływanie bezpośrednie. Przybliżenie: widok z bliska piłki leżącej na murawie. W zwolnionym tempie do piłki zbliża się stopa piłkarza. Stopa uderza w piłkę. Wyświetlona zostaje jaskrawa strzałka wskazująca na stopę i piłkę oraz napis oddziaływanie bezpośrednie. Typowy widok 2 piłkarzy kłócących się i popychających. Jeden wyraźnie popycha drugiego. Nadbiega sędzia pokazując żółtą kartkę.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RvsxujLhL4Tag

Nagranie wideo na temat oddziaływania bezpośredniego. Piłkarz bierze rozbieg i zbliża się do piłki leżącej na murawie. Dobiega do piłki i z rozmachem kopie piłkę. W momencie zetknięcia stopy piłkarza z piłką następuje stopklatka. Natychmiast ze stopklatką ukazuje się czerwona strzałka wskazująca na stopę piłkarza i piłkę; nad strzałką napis: oddziaływanie bezpośrednie. Kontynuacja filmu: kopnięta piłka leci w kierunku bramki i ląduje w siatce. Następnie zostają wyświetlone ponownie opisane wyżej sceny w zwolnionym tempie, bez stopklatki. W momencie zetknięcia się stopy piłkarza z piłką pokazuje się strzałka wskazująca na stopę i piłkę i napis: Oddziaływanie bezpośrednie. Przybliżenie: widok z bliska piłki leżącej na murawie. W zwolnionym tempie do piłki zbliża się stopa piłkarza. Stopa uderza w piłkę. Wyświetlona zostaje jaskrawa strzałka wskazująca na stopę i piłkę oraz napis oddziaływanie bezpośrednie. Typowy widok 2 piłkarzy kłócących się i popychających. Jeden wyraźnie popycha drugiego. Nadbiega sędzia pokazując żółtą kartkę.

Spadanie jabłka jest wynikiem wzajemnego oddziaływania Ziemi i jabłka, nie jest jednak spowodowane ich bezpośrednim kontaktem. Podobnie jest, gdy igła kompasu wskazuje północ lub gdy planety krążą po elipsach wokół swoich słońc. Jeśli ciała na siebie oddziałują, ale nie są ze sobą w bezpośrednim kontakcie, mówimy, że występuje między nimi oddziaływanie na odległośćoddziaływania na odległośćoddziaływanie na odległość.

RhP52mp1VnsB3

Nagranie wideo na temat oddziaływania na odległość. Widok na stół laboratoryjny. Na stole potrzebne przyrządy: igła magnetyczna na ostrzu z podstawką, obwód prądowy zbudowany z grubego przewodu miedzianego, przewód jest umieszczony na izolujących podstawkach, jego część przebiega nad igłą magnetyczną i ta część jest prostoliniowa; końce przewodu podłączone do zasilacza wysokoprądowego 5 A/30 V. Najazd kamery na igłę. Inset w wolnym rogu ekranu pokazujący rękę demonstratora włączającą zasilacz. Igła odchyla się w bok. Dalej widok igły i inset w rogu. W insecie widać jak ręka demonstratora wyłącza zasilacz. Igła powraca do pierwotnego położenia (równolegle do przewodu).

Nagranie wideo na temat oddziaływania na odległość. Widok na stół laboratoryjny. Na stole potrzebne przyrządy: igła magnetyczna na ostrzu z podstawką, obwód prądowy zbudowany z grubego przewodu miedzianego, przewód jest umieszczony na izolujących podstawkach, jego część przebiega nad igłą magnetyczną i ta część jest prostoliniowa; końce przewodu podłączone do zasilacza wysokoprądowego 5 A/30 V. Najazd kamery na igłę. Inset w wolnym rogu ekranu pokazujący rękę demonstratora włączającą zasilacz. Igła odchyla się w bok. Dalej widok igły i inset w rogu. W insecie widać jak ręka demonstratora wyłącza zasilacz. Igła powraca do pierwotnego położenia (równolegle do przewodu).

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RhP52mp1VnsB3

Nagranie wideo na temat oddziaływania na odległość. Widok na stół laboratoryjny. Na stole potrzebne przyrządy: igła magnetyczna na ostrzu z podstawką, obwód prądowy zbudowany z grubego przewodu miedzianego, przewód jest umieszczony na izolujących podstawkach, jego część przebiega nad igłą magnetyczną i ta część jest prostoliniowa; końce przewodu podłączone do zasilacza wysokoprądowego 5 A/30 V. Najazd kamery na igłę. Inset w wolnym rogu ekranu pokazujący rękę demonstratora włączającą zasilacz. Igła odchyla się w bok. Dalej widok igły i inset w rogu. W insecie widać jak ręka demonstratora wyłącza zasilacz. Igła powraca do pierwotnego położenia (równolegle do przewodu).

Oddziaływania grawitacyjne

Jednymi z fundamentalnych oddziaływań występujących w przyrodzie są oddziaływania grawitacyjneoddziaływania grawitacyjneoddziaływania grawitacyjne. Na każde ciało znajdujące się na powierzchni Ziemi działa wywierana przez nią siła przyciągania grawitacyjnego. O istnieniu tego oddziaływania możemy się przekonać m.in. dzięki obserwacji zjawiska spadania ciała pozbawionego podparcia.

RNGdS81bKvk07

Animacja przedstawia chłopca siedzącego na drzewie. Tło białe. Kora drzewa szaro‑brązowa. Korona liści rozłożysta, zielona. W pierwszej scenie widzimy chłopca siedzącego na gałęzi. Chłopiec trzyma w ręce piłę, którą stara się odpiłować gałąź, na której siedzi. Gdy gałąź zostaje odpiłowana, spada, a razem z nią chłopiec. Nad głową chłopca, który spadł, pojawiają się żółte gwiazdki. W kolejnej scenie pokazano małą szarą mysz. Obok niej stoi duży słoń. Zwierzęta stoją na zapadni, która po chwili się otwiera. Zwierzęta zaczynają spadać. Widać, że słoń spada z większą prędkością niż mysz. Obok myszki pojawia się napis Zaczekaj na mnie. Następnie, na białym tle, pojawia się napis: Wszystkie ciała spadające swobodnie spadają tak samo, niezależnie od masy i ciężaru tych ciał. W ostatniej scenie pokazano zielony listek, który swobodnie spada, kołysząc się przy tym oraz książkę i kartkę papieru. Książka spada pionowa w dół, kartka również, jednak z mniejszą szybkością.

Animacja przedstawia chłopca siedzącego na drzewie. Tło białe. Kora drzewa szaro‑brązowa. Korona liści rozłożysta, zielona. W pierwszej scenie widzimy chłopca siedzącego na gałęzi. Chłopiec trzyma w ręce piłę, którą stara się odpiłować gałąź, na której siedzi. Gdy gałąź zostaje odpiłowana, spada, a razem z nią chłopiec. Nad głową chłopca, który spadł, pojawiają się żółte gwiazdki. W kolejnej scenie pokazano małą szarą mysz. Obok niej stoi duży słoń. Zwierzęta stoją na zapadni, która po chwili się otwiera. Zwierzęta zaczynają spadać. Widać, że słoń spada z większą prędkością niż mysz. Obok myszki pojawia się napis Zaczekaj na mnie. Następnie, na białym tle, pojawia się napis: Wszystkie ciała spadające swobodnie spadają tak samo, niezależnie od masy i ciężaru tych ciał. W ostatniej scenie pokazano zielony listek, który swobodnie spada, kołysząc się przy tym oraz książkę i kartkę papieru. Książka spada pionowa w dół, kartka również, jednak z mniejszą szybkością.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RNGdS81bKvk07

Animacja przedstawia chłopca siedzącego na drzewie. Tło białe. Kora drzewa szaro‑brązowa. Korona liści rozłożysta, zielona. W pierwszej scenie widzimy chłopca siedzącego na gałęzi. Chłopiec trzyma w ręce piłę, którą stara się odpiłować gałąź, na której siedzi. Gdy gałąź zostaje odpiłowana, spada, a razem z nią chłopiec. Nad głową chłopca, który spadł, pojawiają się żółte gwiazdki. W kolejnej scenie pokazano małą szarą mysz. Obok niej stoi duży słoń. Zwierzęta stoją na zapadni, która po chwili się otwiera. Zwierzęta zaczynają spadać. Widać, że słoń spada z większą prędkością niż mysz. Obok myszki pojawia się napis Zaczekaj na mnie. Następnie, na białym tle, pojawia się napis: Wszystkie ciała spadające swobodnie spadają tak samo, niezależnie od masy i ciężaru tych ciał. W ostatniej scenie pokazano zielony listek, który swobodnie spada, kołysząc się przy tym oraz książkę i kartkę papieru. Książka spada pionowa w dół, kartka również, jednak z mniejszą szybkością.

W filmie obejrzeliście różne przykłady spadania ciał. Końcowe sceny filmu pokazują spadanie liścia lub kartki papieru.

Które z pokazanych sytuacji mogą przedstawiać spadanie swobodne, czyli takie, w którym występuje tylko siła grawitacji? Na pewno nie dotyczy to liścia lub kartki papieru. Wyraźnie widać, że coś przeszkadza w spadaniu. To coś to opór powietrza. Opór stawiany poruszającym się ciałom powoduje, że ruch odbywa się nie tylko pod wpływem siły grawitacji. To samo dotyczy przykładu, w którym spadają słoń i myszka. Słoń uzyskuje większą prędkość spadania niż myszka - po prostu opór powietrza ma większy wpływ na ruch myszki niż na ruch słonia. A pierwsza scena, w której spada chłopiec po podcięciu gałęzi, na której siedzi? Okazuje się, że opór powietrza zależy między innymi od prędkości. Ponieważ chłopiec spadając nie uzyskuje dużej prędkości, możemy uznać, że taki spadek z małej wysokości jest swobodny. Już jednak dla spadającego skoczka spadochronowego (ze spadochronem lub bez) skok nie jest spadaniem swobodnym. Nie musimy się jednak specjalnie martwić oporem powietrza w przypadku spadającego z drzewa jabłka. Także i w próżni mielibyśmy do czynienia ze spadkiem swobodnym z uwagi na brak oporu powietrza – eksperymenty wypuszczające np. metalową kulkę i piórko wewnątrz komory próżniowej pokazują, że ciała te spadają wtedy z taką samą prędkością.

Isaac Newton badał ruchy ciał niebieskich. Udowodnił, że prawa rządzące spadkiem ciał znajdujących się przy powierzchni Ziemi są takie same jak te opisujące ruchy ciał niebieskich. Inaczej mówiąc, takim samym prawom fizyki podlega ruch ciał niebieskich zarówno w pobliżu Ziemi (ruch Księżyca), jak i w najodleglejszych zakątkach Wszechświata. Oddziaływania grawitacyjne mają więc charakter powszechny.

R11MNKoPyEo2Y

Na animacji najpierw widzimy mężczyznę siedzącego pod drzewem czytającego coś na kartce papieru, któremu spada jabłko na głowę. Obok pojawia się podpis informujący, że jest to Isaac Newton oraz że żył on w latach 1642 do 1727. Po uderzeniu jabłka przez chwilę kręci mu się w głowie, ale zaraz wykonuje gest świadczący o tym, że wpadł na jakiś pomysł - podnosi lewą rękę na wysokość twarzy z wyciągniętym palcem wskazującym. Następuje zbliżenie na jabłko, które wcześniej na niego spadło, po czym widzimy inny kadr - na czarnym tle kosmosu usianym drobnymi gwiazdkami widzimy Ziemię po lewej stronie oraz jabłko, znacznie powiększone względem Ziemi, po prawej stronie. Od środka jabłka do środka Ziemi poprowadzona jest czerwona strzałka wskazująca na środek Ziemi. Na niej widoczna jest zielona strzałka o identycznej długości jak czerwona, ale skierowana w przeciwną stronę - od środka Ziemi do środka jabłka. Strzałki te oznaczają siły przyciągania grawitacyjnego, jakimi oddziałują na siebie wzajemnie Ziemia i jabłko. Następnie strzałki znikają, a między Ziemią i jabłkiem pojawia się pytajnik. Pytajnik znika, a obok jabłka w prawej części kadru pojawia się Isaac Newton ze swoją kartką papieru i palcem podniesionym w geście takim samym jak pod drzewem. W kolejnym ujęciu widzimy obracającą się wokół własnej osi Ziemię i obiegający ją Księżyc. W kolejnym ujęciu obraz kadr jest podzielony na pół poziomą linią. W górnej części widoczne są Ziemia i Księżyc położone dość blisko siebie. Od środka Ziemi poprowadzono strzałkę skierowaną w stronę Księżyca, zaś od środka Księżyca poprowadzono strzałkę o takiej samej długości, ale skierowaną w stronę Ziemi. Strzałki mają długości około połowy odległości między środkami ciał. W dolnej części również widzimy Ziemię i Księżyc, jednak tym razem są położone dalej od siebie. Od środków obu ciał poprowadzono strzałki w analogiczny sposób jak powyżej, z tym że są one krótsze. Rysunek ten ilustruje fakt, że im ciała położone są dalej od siebie, tym oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy nimi jest słabsze.

Na animacji najpierw widzimy mężczyznę siedzącego pod drzewem czytającego coś na kartce papieru, któremu spada jabłko na głowę. Obok pojawia się podpis informujący, że jest to Isaac Newton oraz że żył on w latach 1642 do 1727. Po uderzeniu jabłka przez chwilę kręci mu się w głowie, ale zaraz wykonuje gest świadczący o tym, że wpadł na jakiś pomysł - podnosi lewą rękę na wysokość twarzy z wyciągniętym palcem wskazującym. Następuje zbliżenie na jabłko, które wcześniej na niego spadło, po czym widzimy inny kadr - na czarnym tle kosmosu usianym drobnymi gwiazdkami widzimy Ziemię po lewej stronie oraz jabłko, znacznie powiększone względem Ziemi, po prawej stronie. Od środka jabłka do środka Ziemi poprowadzona jest czerwona strzałka wskazująca na środek Ziemi. Na niej widoczna jest zielona strzałka o identycznej długości jak czerwona, ale skierowana w przeciwną stronę - od środka Ziemi do środka jabłka. Strzałki te oznaczają siły przyciągania grawitacyjnego, jakimi oddziałują na siebie wzajemnie Ziemia i jabłko. Następnie strzałki znikają, a między Ziemią i jabłkiem pojawia się pytajnik. Pytajnik znika, a obok jabłka w prawej części kadru pojawia się Isaac Newton ze swoją kartką papieru i palcem podniesionym w geście takim samym jak pod drzewem. W kolejnym ujęciu widzimy obracającą się wokół własnej osi Ziemię i obiegający ją Księżyc. W kolejnym ujęciu obraz kadr jest podzielony na pół poziomą linią. W górnej części widoczne są Ziemia i Księżyc położone dość blisko siebie. Od środka Ziemi poprowadzono strzałkę skierowaną w stronę Księżyca, zaś od środka Księżyca poprowadzono strzałkę o takiej samej długości, ale skierowaną w stronę Ziemi. Strzałki mają długości około połowy odległości między środkami ciał. W dolnej części również widzimy Ziemię i Księżyc, jednak tym razem są położone dalej od siebie. Od środków obu ciał poprowadzono strzałki w analogiczny sposób jak powyżej, z tym że są one krótsze. Rysunek ten ilustruje fakt, że im ciała położone są dalej od siebie, tym oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy nimi jest słabsze.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R11MNKoPyEo2Y

Na animacji najpierw widzimy mężczyznę siedzącego pod drzewem czytającego coś na kartce papieru, któremu spada jabłko na głowę. Obok pojawia się podpis informujący, że jest to Isaac Newton oraz że żył on w latach 1642 do 1727. Po uderzeniu jabłka przez chwilę kręci mu się w głowie, ale zaraz wykonuje gest świadczący o tym, że wpadł na jakiś pomysł - podnosi lewą rękę na wysokość twarzy z wyciągniętym palcem wskazującym. Następuje zbliżenie na jabłko, które wcześniej na niego spadło, po czym widzimy inny kadr - na czarnym tle kosmosu usianym drobnymi gwiazdkami widzimy Ziemię po lewej stronie oraz jabłko, znacznie powiększone względem Ziemi, po prawej stronie. Od środka jabłka do środka Ziemi poprowadzona jest czerwona strzałka wskazująca na środek Ziemi. Na niej widoczna jest zielona strzałka o identycznej długości jak czerwona, ale skierowana w przeciwną stronę - od środka Ziemi do środka jabłka. Strzałki te oznaczają siły przyciągania grawitacyjnego, jakimi oddziałują na siebie wzajemnie Ziemia i jabłko. Następnie strzałki znikają, a między Ziemią i jabłkiem pojawia się pytajnik. Pytajnik znika, a obok jabłka w prawej części kadru pojawia się Isaac Newton ze swoją kartką papieru i palcem podniesionym w geście takim samym jak pod drzewem. W kolejnym ujęciu widzimy obracającą się wokół własnej osi Ziemię i obiegający ją Księżyc. W kolejnym ujęciu obraz kadr jest podzielony na pół poziomą linią. W górnej części widoczne są Ziemia i Księżyc położone dość blisko siebie. Od środka Ziemi poprowadzono strzałkę skierowaną w stronę Księżyca, zaś od środka Księżyca poprowadzono strzałkę o takiej samej długości, ale skierowaną w stronę Ziemi. Strzałki mają długości około połowy odległości między środkami ciał. W dolnej części również widzimy Ziemię i Księżyc, jednak tym razem są położone dalej od siebie. Od środków obu ciał poprowadzono strzałki w analogiczny sposób jak powyżej, z tym że są one krótsze. Rysunek ten ilustruje fakt, że im ciała położone są dalej od siebie, tym oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy nimi jest słabsze.

Oddziaływanie elektryczne

Co się dzieje, gdy ściągamy wełniany sweter? Co wówczas słyszymy i czujemy? Odczuwamy lekkie mrowienie i słyszymy ciche trzaski – są one spowodowane małymi wyładowaniami elektrycznymi, powstałymi na skutek tarcia swetra o pozostałe części naszej garderoby.

W $\mathrm{VII}$ wieku przed naszą erą grecki filozof Tales z Miletu opisał właściwość bursztynu. Polegała ona na przyciąganiu niektórych lekkich przedmiotów po uprzednim potarciu o sukno. Ciała doprowadzone do takiego stanu jak bursztyn potarty o sukno zostały nazwane ciałami naelektryzowanymi lub dosłownie „nabursztynionymi”, ponieważ bursztyn po grecku nazywano w tamtych czasach „elektronem”.

Ciekawostka

Bursztyn jest kopalną żywicą drzew iglastych i niektórych roślin liściastych. Może mieć barwę od jasnożółtej do brunatnej. Składa się głównie z węgla i siarki. Od wieków służył jako cenny materiał do wyrobu ozdób oraz jako surowiec stosowany w medycynie ludowej do produkcji środków leczniczych.

RoOLSarCoeRB3

Fotografia przedstawia bursztyn. Tło białe. Bursztyn zajmuje cały obszar zdjęcia. Kolory od żółtego do ciemno brązowego. Kształt nieregularny. Powierzchnia gładka, widać odbijające się od niej światło.

Jak sprawdzić, czy znaleziony na plaży kamyk jest bursztynem? Wystarczy przeprowadzić proste doświadczenie.

Czy wszystkie oddziaływania elektryczne prowadzą do przyciągania ciał?

Niekoniecznie. Kiedy czeszemy świeżo umyte i wysuszone włosy szczotką lub grzebieniem, możemy zaobserwować ich wzajemne odpychanie, włosy z kolei „przylepiają się” do grzebienia.

We wszystkich przypadkach opisanych powyżej ciała uległy naelektryzowaniu i oddziaływały na siebie. Mówimy, że siła elektrycznasiła elektrycznasiła elektryczna powoduje ich zbliżanie lub oddalanie. Fakt odpychania bądź przyciągania naelektryzowanych ciał wyjaśnia się istnieniem dwóch rodzajów ładunków elektrycznych: dodatnich i ujemnych.

Opisane powyżej zjawiska są przejawem występowania oddziaływań (sił) elektrycznych.

Oddziaływania magnetyczne

Już w starożytności wiedziano o istnieniu ciał przyciągających inne ciała. O ile bursztyn należało potrzeć, aby przyciągał on włosy czy skrawki sukna, o tyle magnesy przyciągały zawsze, ale tylko przedmioty wykonane z żelaza. Zaobserwowano również, że ciało zwane magnesem potrafi spowodować, że inne ciało zrobione z żelaza i umieszczone w pobliżu uzyska własności magnetyczne. Zauważono także, że dwie strony magnesu mają różne właściwości – zwrócone do siebie magnesy mogły się albo przyciągać, albo odpychać.

W zależności od tego, którymi biegunami magnesy zostaną do siebie zbliżone, będą się one albo przyciągać, albo odpychać. Magnes ma zawsze dwa bieguny.

RjiXxeYzmlCJh

Ilustracja przedstawia dwa magnesy - podkowiasty i sztabkowy. Pierwszy 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.

Gdy zbliżymy dwa magnesy skierowane do siebie tymi samymi biegunami (jednoimiennymi), to zaobserwujemy odpychanie się magnesów, a gdy będą one skierowane do siebie biegunami różnoimiennymi – przyciąganie.

Aby łatwiej było rozpoznać, z którym biegunem mamy do czynienia, końce często są pomalowane na dwa kolory. Kolor niebieski oznacza jeden z biegunów, a czerwony – drugi.

Żelazo i jego stopy łatwo się magnesują, więc wykorzystuje się te metale w urządzeniach, np. kompasach, których działanie oparte jest na siłach magnetycznych. Konstruktorami pierwszego kompasu byli Chińczycy.

RoZBGuRFAyfY5

Ilustracja przedstawia rozkład linii ziemskiego pola magnetycznego. Na środku znajduje się Ziemia. Tło czarne. Ziemię symbolicznie oznaczono magnesem sztabkowym. Przy biegunie północnym znajduje się część niebieska z białą literą S. Przy biegunie południowym jest część czerwona magnesu z białą literą N. Od bieguna południowego Ziemi do bieguna północnego białymi łukowatymi liniami oznaczono pole magnetyczne Ziemie. Linie znajdują z obu stron Ziemi. Na liniach umieszczono strzałki. Strzałki zwrócone ku biegunowi północnemu. Łuki są tym większe, im dalej znajdują się od Ziemi.

Północny biegun igły magnetycznej kompasu pokazuje północ geograficzną Ziemi. Nasza planeta jest ogromnym magnesem, którego magnetyczny biegun południowy znajduje się w pobliżu geograficznego bieguna północnego, a magnetyczny biegun północny – w pobliżu geograficznego bieguna południowego.

Jak się okazuje, oddziaływania elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane – najprostszym przykładem jest elektromagneselektromagneselektromagnes, którego zasada działania jest następująca: w przewodzie (może być on na przykład owinięty dookoła rdzenia wykonanego z żelaza) płynie prąd elektryczny, dzięki czemu rdzeń uzyskuje właściwości magnetyczne.

Oddziaływania sprężyste

Niektóre ciała, takie jak sprężyna, guma lub elastyczna, cienka gałąź, można tak odkształcić, aby po ustaniu działania siły zewnętrznej powróciły one do swojego pierwotnego kształtu. Takie odkształcenie nazywamy sprężystym.

R7kATxZhka6bL

Zdjęcie przedstawia młodego mężczyznę trzymającego napięty łuk. Mężczyzna stoi po lewej stronie zdjęcia, bokiem do aparatu. Twarz niewidoczna. Włosy brązowe. Ubrany w szarą koszulkę z krótkim rękawem. W lewej ręce trzyma podniesiony łuk, prawą ręką naciąga cięciwę łuku, podtrzymując strzałę. Łuk i strzała żółte. W oddali widać tarcze strzeleckie. Mężczyzna celuje do jednej z nich.

Wyjaśnienie, skąd biorą się siły sprężystości, poznasz w toku dalszej nauki. Tu napiszemy tylko, że podczas odkształcania ciała zmieniają się odległości między jego cząsteczkami. Jeżeli siła powodująca odkształcenie przestanie działać, to odległości między cząsteczkami wracają do poprzednich wartości, a ciało – do poprzedniego kształtu.

Łucznik naciąga cięciwę w celu odkształcenia łuku. Kiedy wraca on do pierwotnego kształtu, wyrzuca strzałę, która leci czasami nawet na kilkusetmetrową odległość.

Oddziaływania, które powodują, że odkształcone, ale nietrwale zdeformowane ciało wraca do swojego pierwotnego kształtu, nazywamy oddziaływaniami sprężystymioddziaływania sprężysteoddziaływaniami sprężystymi.

Wzajemność oddziaływań

Oddziaływania występujące w przyrodzie są wzajemne, tzn. gdy jedno ciało działa na drugie, to drugie działa na pierwsze. Aby się o tym przekonać, przeprowadźmy doświadczenie.

Kolejne przykłady wzajemności oddziaływań pokazuje poniższy film.

REbIWLvGepvvn

Film na temat wzajemności oddziaływań. Dwaj młodzi mężczyźni stoją przodem do kamery, trzymając przed sobą deski. Gdy mowa o sznurze, jeden z nich demonstruje do kamery zwój linki o długości ok. 10 m. Jeden z mężczyzn kładzie deskorolkę na podłodze stawia na niej stopę i lekko, bez wysiłku przesuwa deskę w tę i z powrotem, a następnie się drugą nogą i odjeżdża bez widocznej straty prędkości. W kolejnej scenie mężczyźni stają obiema nogami na deskorolkach, naprzeciwko siebie, w odległości równej długości sznura (~10 m). Jeden z nich trzyma sznur w rękach, a drugi opasuje się sznurem i wiąże nią węzeł ratowniczy. Jeden z nich ciągnie równomiernie linę. Obie deskorolki jadą ku sobie i spotykają się na środku. Obaj mężczyźni wracają na swoje miejsca i tym razem drugi z nich ma linę w rękach, a pierwszy opasuje się liną i wiąże nią węzeł ratowniczy. Kolejny raz obaj wracają na swoje miejsca i na hasło start obaj zaczynają ciągnąć linę. Deskorolki podobnie jak poprzednio zbliżają się do siebie. W następnej scenie obaj mężczyźni stoją na deskorolkach blisko siebie, w rękach trzymają długi, prosty drąg. Jeden odpycha drugiego, przekładając dłonie na drągu. Obie deskorolki odjeżdżają od siebie. Po chwili role odwracają się. Podobnie jak poprzednio, mężczyźni trzymają długi, prosty drąg, ale tym razem obaj odpychają się, przekładając dłonie na drągu. Obie deskorolki odjeżdżają od siebie.

Film na temat wzajemności oddziaływań. Dwaj młodzi mężczyźni stoją przodem do kamery, trzymając przed sobą deski. Gdy mowa o sznurze, jeden z nich demonstruje do kamery zwój linki o długości ok. 10 m. Jeden z mężczyzn kładzie deskorolkę na podłodze stawia na niej stopę i lekko, bez wysiłku przesuwa deskę w tę i z powrotem, a następnie się drugą nogą i odjeżdża bez widocznej straty prędkości. W kolejnej scenie mężczyźni stają obiema nogami na deskorolkach, naprzeciwko siebie, w odległości równej długości sznura (~10 m). Jeden z nich trzyma sznur w rękach, a drugi opasuje się sznurem i wiąże nią węzeł ratowniczy. Jeden z nich ciągnie równomiernie linę. Obie deskorolki jadą ku sobie i spotykają się na środku. Obaj mężczyźni wracają na swoje miejsca i tym razem drugi z nich ma linę w rękach, a pierwszy opasuje się liną i wiąże nią węzeł ratowniczy. Kolejny raz obaj wracają na swoje miejsca i na hasło start obaj zaczynają ciągnąć linę. Deskorolki podobnie jak poprzednio zbliżają się do siebie. W następnej scenie obaj mężczyźni stoją na deskorolkach blisko siebie, w rękach trzymają długi, prosty drąg. Jeden odpycha drugiego, przekładając dłonie na drągu. Obie deskorolki odjeżdżają od siebie. Po chwili role odwracają się. Podobnie jak poprzednio, mężczyźni trzymają długi, prosty drąg, ale tym razem obaj odpychają się, przekładając dłonie na drągu. Obie deskorolki odjeżdżają od siebie.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/REbIWLvGepvvn

Film na temat wzajemności oddziaływań. Dwaj młodzi mężczyźni stoją przodem do kamery, trzymając przed sobą deski. Gdy mowa o sznurze, jeden z nich demonstruje do kamery zwój linki o długości ok. 10 m. Jeden z mężczyzn kładzie deskorolkę na podłodze stawia na niej stopę i lekko, bez wysiłku przesuwa deskę w tę i z powrotem, a następnie się drugą nogą i odjeżdża bez widocznej straty prędkości. W kolejnej scenie mężczyźni stają obiema nogami na deskorolkach, naprzeciwko siebie, w odległości równej długości sznura (~10 m). Jeden z nich trzyma sznur w rękach, a drugi opasuje się sznurem i wiąże nią węzeł ratowniczy. Jeden z nich ciągnie równomiernie linę. Obie deskorolki jadą ku sobie i spotykają się na środku. Obaj mężczyźni wracają na swoje miejsca i tym razem drugi z nich ma linę w rękach, a pierwszy opasuje się liną i wiąże nią węzeł ratowniczy. Kolejny raz obaj wracają na swoje miejsca i na hasło start obaj zaczynają ciągnąć linę. Deskorolki podobnie jak poprzednio zbliżają się do siebie. W następnej scenie obaj mężczyźni stoją na deskorolkach blisko siebie, w rękach trzymają długi, prosty drąg. Jeden odpycha drugiego, przekładając dłonie na drągu. Obie deskorolki odjeżdżają od siebie. Po chwili role odwracają się. Podobnie jak poprzednio, mężczyźni trzymają długi, prosty drąg, ale tym razem obaj odpychają się, przekładając dłonie na drągu. Obie deskorolki odjeżdżają od siebie.

Skutki oddziaływań

Każde oddziaływanie niesie pewien określony skutek. Pole magnetyczne Ziemi powoduje, że igła kompasu się obraca, kopnięcie piłki wprawia ją w ruch, a powiew wiatru sprawia, że gałąź drzewa się ugina. Czasami te skutki są bardziej widoczne, a czasami – mniej. Skutki oddziaływań dzielimy na dwie grupy: skutki statyczneskutki statyczneskutki statyczne i skutki dynamiczneskutki dynamiczneskutki dynamiczne.

Jednym z najczęściej spotykanych skutków oddziaływań jest zmiana kształtu lub objętości ciała, np. wygięcie linijki, rozciągnięcie sprężyny, złamanie patyczka, zgniecenie kulki plasteliny albo puszki po napoju. Skutki polegające na odkształceniu ciała nazywamy skutkami statycznymi.

R1asFD5Dkl9bd

Film na temat statycznych skutków oddziaływań. Widok ciał leżących na stole: sprężyna spiralna, pasek gumy modelarskiej, sprężyna płaska lub plastikowa linijka, gumka do ścierania. Demonstrator rozciąga sprężynę, gumę, wyginające blaszkę sprężyny płaskiej. Gdy zaprzestaje, ciała wracają do pierwotnych kształtów. Widok ciał leżących na stole: plastelina, suchy patyk, kreda, blaszka miedziana. Demonstrator odkształca plastelinę, łamie patyk, następnie laskę kredy. Gdy zaprzestaje, ciała nie wracają do pierwotnych kształtów (kamera wyraźnie to pokazuje). Widać metalowy pręt wkręcony w imadło. Demonstrator chwyta wystający koniec pręta i z trudem go odgina. Pręt pozostaje zgięty.

Film na temat statycznych skutków oddziaływań. Widok ciał leżących na stole: sprężyna spiralna, pasek gumy modelarskiej, sprężyna płaska lub plastikowa linijka, gumka do ścierania. Demonstrator rozciąga sprężynę, gumę, wyginające blaszkę sprężyny płaskiej. Gdy zaprzestaje, ciała wracają do pierwotnych kształtów. Widok ciał leżących na stole: plastelina, suchy patyk, kreda, blaszka miedziana. Demonstrator odkształca plastelinę, łamie patyk, następnie laskę kredy. Gdy zaprzestaje, ciała nie wracają do pierwotnych kształtów (kamera wyraźnie to pokazuje). Widać metalowy pręt wkręcony w imadło. Demonstrator chwyta wystający koniec pręta i z trudem go odgina. Pręt pozostaje zgięty.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1asFD5Dkl9bd

Film na temat statycznych skutków oddziaływań. Widok ciał leżących na stole: sprężyna spiralna, pasek gumy modelarskiej, sprężyna płaska lub plastikowa linijka, gumka do ścierania. Demonstrator rozciąga sprężynę, gumę, wyginające blaszkę sprężyny płaskiej. Gdy zaprzestaje, ciała wracają do pierwotnych kształtów. Widok ciał leżących na stole: plastelina, suchy patyk, kreda, blaszka miedziana. Demonstrator odkształca plastelinę, łamie patyk, następnie laskę kredy. Gdy zaprzestaje, ciała nie wracają do pierwotnych kształtów (kamera wyraźnie to pokazuje). Widać metalowy pręt wkręcony w imadło. Demonstrator chwyta wystający koniec pręta i z trudem go odgina. Pręt pozostaje zgięty.

Gdy pod wpływem jakiegoś oddziaływania ruch ciała ulega zmianie, mamy wówczas do czynienia ze skutkiem dynamicznym. Tak więc przyspieszanie, hamowanie, wprawianie w ruch, zmiana kierunku ruchu, to skutki dynamiczne, podobnie jak rzucenie kamienia, obrót karuzeli lub skok w dal.

Skąd wiemy, że któreś z oddziaływań w ogóle wystąpiło?

Kiedy obserwujemy Księżyc, nie możemy dostrzec sił grawitacji wiążących go z Ziemią, tak samo jak nie dostrzegamy sił magnetycznych, które powodują, że igła magnetyczna umieszczona w pobliżu przewodnika z prądem się obraca. Obserwujemy jedynie skutki wzajemnych oddziaływań: obecność Księżyca i obrót igły.

Te same oddziaływania mogą prowadzić do różnych skutków. Kiedy stoimy na twardej podłodze, nie obserwujemy jej odkształcenia. Odnosimy wrażenie, że nic szczególnego się nie dzieje. Gdy jednak staniemy na miękkim materacu, natychmiast zauważymy, że uległ on odkształceniu pod wpływem naszego ciężaru. Obserwowany skutek tego samego działania jest znacznie bardziej widoczny! Czy oddziałujemy na podłogę inaczej niż na materac?

R12dCMZQp9kUO

Nagranie wideo na temat różnych skutków tych samych oddziaływań. Widok na podpory, różnej grubości deski, na które nakładany jest odważnik o wadze 1 kg oraz zakres jego oddziaływania. Następnie prezentowany jest piłkarz grający w piłkę. Prezentacja oddziaływania nogi na piłkę oraz piłki na nogę. Następnie widoczna sytuacja kopnięcia w duży głaz. Ponownie widoczny piłkarz z gipsem na nodze. Animacja ogromnej kuli ziemskiej i małego odważnika.

Nagranie wideo na temat różnych skutków tych samych oddziaływań. Widok na podpory, różnej grubości deski, na które nakładany jest odważnik o wadze 1 kg oraz zakres jego oddziaływania. Następnie prezentowany jest piłkarz grający w piłkę. Prezentacja oddziaływania nogi na piłkę oraz piłki na nogę. Następnie widoczna sytuacja kopnięcia w duży głaz. Ponownie widoczny piłkarz z gipsem na nodze. Animacja ogromnej kuli ziemskiej i małego odważnika.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R12dCMZQp9kUO

Nagranie wideo na temat różnych skutków tych samych oddziaływań. Widok na podpory, różnej grubości deski, na które nakładany jest odważnik o wadze 1 kg oraz zakres jego oddziaływania. Następnie prezentowany jest piłkarz grający w piłkę. Prezentacja oddziaływania nogi na piłkę oraz piłki na nogę. Następnie widoczna sytuacja kopnięcia w duży głaz. Ponownie widoczny piłkarz z gipsem na nodze. Animacja ogromnej kuli ziemskiej i małego odważnika.

Zarówno na podłogę, jak i na  materac oddziałujemy w ten sam sposób, ale z różnym skutkiem. Podłoga jest twarda i się nie odkształca – w przeciwieństwie do miękkiego materaca.

Podsumowanie

Zadania podsumowujące

Słowniczek