Pomiary w fizyce. Niepewność pomiaru. Przeliczanie wielokrotności i podwielokrotności
Siła jako miara oddziaływań. Równowaga sił. Siła wypadkowa. Wyznaczanie siły wypadkowej
Rodzaje oddziaływań i ich skutki. Wzajemność oddziaływań
Wokół nas nieustannie zachodzą zjawiska będące rezultatem oddziaływań. Dzięki nim szklanka spoczywa na stole, planety Układu Słonecznego od miliardów lat podążają niemal niezmiennym torem, a skrawki papieru przyciągane są przez naelektryzowaną rurkę z tworzywa sztucznego. Jak sklasyfikować rodzaje oddziaływań i jakie one pociągają ze sobą skutki?
R1I73E7gH5b2m1
Już potrafisz
podać definicję zjawiska fizycznego;
podać definicję ciała fizycznego;
opisać rolę, jaką odgrywają ciała fizyczne w przebiegu zjawisk fizycznych.
Nauczysz się
podawać przykłady wzajemności oddziaływań;
wymieniać rodzaje oddziaływań między ciałami;
rozpoznawać rodzaje oddziaływań;
przewidywać skutki oddziaływań;
podawać przykłady oddziaływań występujących w najbliższym otoczeniu.
iwHdFNhtTE_d5e161
1. 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.
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 elipsie 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 .
R1STDWA1BqsIk1
Zapamiętaj!
Niektóre oddziaływania nie wymagają bezpośredniego kontaktu ciał. Dochodzi wówczas do oddziaływania na odległość.
Niektóre zjawiska możliwe do zaobserwowania w otaczającym nas świecie zachodzą w wyniku oddziaływań bezpośrednich, a niektóre – w wyniku oddziaływań na odległość. W tabeli poniżej znajdują się przykłady różnych zjawisk. Podziel je w zależności od tego, jakim typem oddziaływania były spowodowane. Uwaga: nie wszystkie zjawiska dadzą się tak przyporządkować! Jeżeli masz wątpliwości, przedyskutuj dany problem z nauczycielem.
Ćwiczenie 1
Reo4MrrsxoEfy1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Uporządkuj w kategorie.
Kopnięcie piłki, Przyciąganie lub odpychanie dwóch cząsteczek, Spadanie jabłka, Przyciąganie lub odpychanie magnesów, Ruch Ziemi wokół Słońca, Przyciąganie włosów przez grzebień, Lot samolotu, Strzelanie z łuku, Rozciąganie sprężyny, Obrót igły kompasu, Zgniatanie samochodu, Podnoszenie ciężarów
Oddziaływanie bezpośrednie
Oddziaływanie na odległość
iwHdFNhtTE_1435795138980_0
1.1. Oddziaływania grawitacyjne
Jednymi z fundamentalnych oddziaływań występujących w przyrodzie sąoddziaływaniagrawitacyjneoddziaływanie grawitacyjneoddziaływaniagrawitacyjne. Na każde ciało znajdujące się na powierzchni Ziemi działa wywierana przez nią grawitacja. O istnieniu tego oddziaływania możemy się przekonać m.in. dzięki obserwacji zjawiska spadania ciała pozbawionego podparcia.
Rp8p097RcPHxE1
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 sie ciałom powoduje, że ruch odbywa się nie tylko pod wpływem siły grawitacji. To samo dotyczy przykładu, w którym spadają sloń 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 ktorej siedzi? W 2 klasie będziecie się uczyć o tym, od czego zależy opór powietrza. Okazuje sie, że zależy między innymi od prędkości. Ponieważ chłopiec spadając, nie uzyskuje dużej prędkości, więc często uznajemy, 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 sie jednak specjalnie martwić oporem powietrza w przypadku spadajacego z drzewa jabłka.
Isaac NewtonIzaak NewtonIsaac Newtonbadał 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.
R1TgE0LgtKfVl1
Zapamiętaj!
Oddziaływania grawitacyjne wywierają na siebie wszystkie ciała..
Ćwiczenie 2
R1OCGh2WEGDfG1
iwHdFNhtTE_1435795164925_0
1.2. 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 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 bibliography_iwHdFNhtTE_d874t554 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 produkcjibibliography_iwHdFNhtTE_d874t597.
R1P6iHc5OePtc1
Jak sprawdzić, czy znaleziony na plaży kamyk jest bursztynem? Wystarczy przeprowadzić proste doświadczenie.
Oddziaływania elektryczne
Doświadczenie 1
Prezentacja oddziaływań elektrycznych na przykładzie bursztynu i skrawków papieru.
Co będzie potrzebne
bursztyn;
skrawki papieru;
szmatka flanelowa.
Instrukcja
Potrzyj intensywnie bursztyn flanelową szmatką.
Zbliż bursztyn do skrawków papieru.
Podsumowanie
Jeśli kamień, który wykorzystałeś w doświadczeniu, przypomina wyglądem bursztyn i po potarciu flanelową szmatką przyciąga skrawki papieru, to możliwe, że jesteś szczęśliwym posiadaczem bursztynu. Istnieją jednak ciała o podobnych właściwościach, z wygladu przypominające bursztyn.
R1PukhblTbAv81
Czy wszystkie oddziaływania elektryczne prowadzą do przyciągania ciał?
Niekoniecznie. Kiedy czeszemy świeżo umyte i wysuszone włosy szczotką lub grzebieniem, możemy zaobserwować ich wzajemne odpychanie. Z kolei włosy „przylepiają się” do grzebienia.
We wszystkich przypadkach opisanych powyżej ciała uległy naelektryzowaniu i oddziaływały na siebie. Mówimy, żesiła elektrycznasiła elektrycznasiła elektrycznapowodujeich zbliżanie lub oddalanie. Fakt odpychania bądź przyciągania naelektryzowanych ciał wyjaśnia się istnieniem dwóch rodzajów ładunków elektrycznych: dodatnich i ujemnych.
Zapamiętaj!
Ładunki tego samego znaku nazywamy ładunkami jednoimiennymi, a ładunki różnych znaków – ładunkami różnoimiennymi. Ładunki jednoimienne się odpychają, a ładunki różnoimienne się przyciągają.
Opisane powyżej zjawiska są przejawem występowania oddziaływań (sił) elektrycznych. Takich zjawisk jest więcej – będziesz się o nich uczyć w toku dalszej nauki.
Ćwiczenie 3
RDOaTBFKMfGyf1
iwHdFNhtTE_1435795214677_0
1.3. 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.
Zapamiętaj!
Oddziaływania magnetyczne to przyciąganie lub odpychanie się ciał mających właściwości magnetyczne.
W zależności od tego, którymi biegunami magnesy zostaną do siebie zbliżone, będą się one albo przyciągać, albo odpychać. Magnes ma zawsze dwa bieguny.
RXTtql7HFL1lx1
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.
Zapamiętaj!
Magnes ma dwa bieguny – gdy podzielimy jeden magnes na pół, to powstaną z niego dwa nowe magnesy, które będą mieć dwa bieguny – tak jak magnes, z którego powstały.
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.
R9KL7znJQu54o1
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.
Zapamiętaj!
Oddziaływania grawitacyjne, elektryczne i magnetyczne są oddziaływaniami o dalekim zasięgu, ponieważ ich skutki są odczuwalne nawet przy znacznych odległościach.
Polecenie 1
Wymień znane ci przykłady oddziaływań magnetycznych.
Ćwiczenie 4
R1OVY9Q3HQRmy1
Ciekawostka
Bieguny magnetyczne Ziemi.
Jako biegun północny igły magnetycznej (i ogólnie magnesów) przyjęło się wskazywać ten z jej końców, który wskazuje geograficzną północ. Jest on przyciągany przez biegun magnetyczny Ziemi. Wynika z tego, że na północnej półkuli Ziemi znajduje się południowy biegun jej pola magnetycznego i odwrotnie: na południowej półkuli znajduje się północny biegun pola magnetycznego Ziemi. Bieguny magnetyczne nie leżą dokładnie po przeciwnych stronachbibliography_iwHdFNhtTE_d874t491, a ponadto cały czas przesuwają się po jej powierzchni z prędkością około 15 km na rok.
iwHdFNhtTE_1435795239106_0
1.4. 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.
siła sprężystości
siła sprężystości
– siła dążąca do przywrócenia pierwotnego kształtu lub objętości ciału, które uległo odkształceniu.
R1Ez89UnkvKav1
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 nie trwale zdeformowane ciało wraca do swojego pierwotnego kształtu, nazywamyoddziaływaniami sprężystymioddziaływania sprężysteoddziaływaniami sprężystymi.
Ćwiczenie 5
Ri5MNNlxNVnnQ1
iwHdFNhtTE_d5e457
2. 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.
Doświadczenie 2
Wykazać, że oddziaływania magnetyczne są oddziaływaniami wzajemnymi.
Co będzie potrzebne
miednica wypełniona wodą;
dwa niewielkie prostokątne magnesy;
dwa styropianowe prostopadłościany o niewielkich rozmiarach, zdolne do utrzymania magnesów na powierzchni wody.
Instrukcja
Umieść dwie styropianowe łódeczki obok siebie w miednicy wykonanej z tworzywa sztucznego i napełnionej wodą. Połóż magnes na pierwszym kawałku styropianu. Gdy ustanie ruch wody, połóż magnes na drugim styropianie. Powtórz doświadczenie, ale najpierw zmień wzajemne ustawienie biegunów magnesów umieszczonych na dwóch różnych kawałkach styropianu.
Podsumowanie
W każdym z przypadków zaobserwowaliśmy zmianę położenia pływających styropianów. Świadczy to o tym, że oddziaływanie magnesów było wzajemne. Pierwszy magnes działał siłą magnetyczną na drugi, a drugi – na pierwszy. Potwierdza to hipotezę, że oddziaływania magnetyczne są wzajemne.
R7PtnEtCskSpB1
Kolejne przykłady wzajemności oddziaływań pokazuje poniższy film.
RiEgrghZtBLel1
Zapamiętaj!
Wszystkie oddziaływania są wzajemne.
Ćwiczenie 6
R1I8xVzNd9HcC1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Przeczytaj uważnie poniższe zdania i zaznacz, czy to prawda, czy fałsz.
Prawda
Fałsz
Wzajemność oddziaływań dotyczy tylko niektórych z nich.
□
□
Rakieta tenisowa odkształca piłkę, ale piłka odkształca także rakietę.
□
□
Wszystkie oddziaływania w przyrodzie są wzajemne.
□
□
iwHdFNhtTE_d5e556
3. 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.
R1ddRIJucUBjM1
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?
Zapamiętaj!
Kiedy obserwujemy zjawiska, nie widzimy samych oddziaływań, lecz ich skutki.
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.
Polecenie 2
Podaj po trzy przykłady skutków oddziaływań dynamicznych i statycznych.
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?
R13V4QJTc0IFd1
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.
Zapamiętaj!
Skutki takich samych oddziaływań mogą być różne, ponieważ zależą od właściwości ciał.
Polecenie 3
Podaj przykład oddziaływania wywołującego trzy różne skutki.
iwHdFNhtTE_d5e633
Podsumowanie
Podsumowanie
Nazwa oddziaływania
Źródła oddziaływania
Skutki oddziaływania
Przykłady zjawisk
grawitacyjne
wszystkie ciała
przyciąganie ciał
spadanie jabłka, utrzymywanie się Księżyca na orbicie wokół Ziemi
elektryczne
ciała mające ładunek elektryczny
przyciąganie lub odpychanie ciał obdarzonych ładunkiem elektrycznym
odpychanie się czesanych włosów, przyciąganie drobnych kawałków papieru przez potarty bursztyn
magnetyczne
magnesy, Ziemia, przewody, w których płynie prąd elektryczny, namagnesowane ciała zawierające żelazo
przyciąganie lub odpychanie się magnesów i namagnesowanych ciał, przyciąganie ciał zawierających żelazo
wskazywanie kierunków geograficznych przez igłę kompasu, działanie elektromagnesów
Praca domowa
Polecenie 4.1
Wymień trzy skutki poszczególnych oddziaływań: elektrycznego, magnetycznego, grawitacyjnego i sprężystego.
Polecenie 4.2
Wymień skutki statyczne i dynamiczne zderzenia samochodu ze ścianą.
Wszystkie oddziaływania mają zawsze takie same skutki.
□
□
Wszystkie oddziaływania działają tylko na małych odległościach.
□
□
Wszystkie oddziaływania działają wyłącznie na dużych odległościach.
□
□
iwHdFNhtTE_d5e746
Słowniczek
elektromagnes
elektromagnes
– zwojnica z rdzeniem ferromagnetycznym, który magnesuje się pod wpływem prądu elektrycznego przepływającego przez jej uzwojenie.
oddziaływania bezpośrednie
oddziaływania bezpośrednie
– oddziaływania występujące wtedy, gdy ciała stykają się ze sobą.
oddziaływania elektryczne
oddziaływania elektryczne
– oddziaływania (przyciągające lub odpychające), jakie wzajemnie wywierają na siebie naelektryzowane ciała.
oddziaływania grawitacyjne
oddziaływania grawitacyjne
– oddziaływania przyciągające, jakie wzajemnie wywierają na siebie wszystkie ciała – im większa masa poszczególnych ciał, tym silniejsze oddziaływanie.
oddziaływania magnetyczne
oddziaływania magnetyczne
– przyciąganie lub odpychanie się ciał mających właściwości magnetyczne (magnesy lub elektromagnesy).
oddziaływania na odległość
oddziaływania na odległość
– oddziaływania występujące wtedy, gdy ciała oddziałujące na siebie dzieli pewna odległość.
oddziaływania powszechne
oddziaływania powszechne
– oddziaływania występujące w całym Wszechświecie.
oddziaływania sprężyste
oddziaływania sprężyste
– oddziaływania, które powodują, że odkształcone, ale nie trwale zdeformowane ciało wraca do swojego pierwotnego kształtu.
satelita telekomunikacyjny
satelita telekomunikacyjny
– urządzenie telekomunikacyjne; sztuczny satelita Ziemi, który pośredniczy w przekazywaniu transmisji radiowych i telewizyjnych między dwoma miejscami na kuli ziemskiej. Wykorzystywany jest np. gdy bezpośredni przekaz nie jest możliwy z powodu krzywizny Ziemi.
siła elektryczna
siła elektryczna
– siła, jaką działają na siebie dwa naelektryzowane ciała.
siła grawitacji
siła grawitacji
– siła, jaką jedno ciało o określonej masie działa na drugie ciało mające masę.
skutki statyczne
skutki statyczne
– skutki oddziaływań związane ze zmianą kształtu ciała.
skutki dynamiczne
skutki dynamiczne
– skutki oddziaływań związane ze zmianą ruchu ciała.
wszechświat
wszechświat
– wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo „wszechświat” może być też używane w innym znaczeniu – jako synonim wyrazów „kosmos” (w rozumieniu filozofii), „świat” czy „natura”. W naukach ścisłych słowa „wszechświat” i „kosmos” są równoważne.