Czy to nie ciekawe?

Przypomnijmy sobie dwa ważne pojęcia: pole grawitacyjne i pole elektryczne. Wprowadzono je, aby opisać działanie na odległość mas albo ładunków. Mówimy, że w przestrzeni określone jest pewne pole, jeżeli każdemu punktowi przestrzeni przypisano pewną wielkość skalarną lub wektorową. W przypadku pól grawitacyjnych i elektrycznych wielkością tą jest siła, która działa na pewne ciała, będące „ciałami próbnymi” pola.

I tak: jeśli na ciało obdarzone masą $m$ („ciało próbne” pola grawitacyjnego) działa w pewnym obszarze przestrzeni siła, to znaczy, że jest to siła grawitacji i mamy do czynienia w tym obszarze z polem grawitacyjnym. Przy czym wielkość fizyczna opisująca to pole – natężenie pola grawitacyjnego $\overrightarrow{\gamma }$ jest zdefiniowana w prosty sposób: $\overrightarrow{\gamma }=\frac{{\overrightarrow{F}}_g}{m}$. Oba wektory symbolicznie pokazano na Rys. a.

RL3zw0M3h9Hju

Rys. a. Rysunek składa się z dwóch części. Pierwsza dotyczy pola grawitacyjnego. Jest na nim pokazany wektor siły grawitacyjnej narysowanej w postaci wektora przyłożonego do punktu, który wyobraża ciało o masie m. Wektor siły grawitacyjnej ma kierunek pionowo i zwrot w dół. Jest oznaczony wielką literą F z indeksem dolnym g. Na nim czerwoną linią narysowany jest wektor natężenia pola grawitacyjnego, który również przyłożony jest do ciała o masie m. Jego zwrot i kierunek jest pionowo w dół. Oznaczony jest literą gamma. Drugi rysunek dotyczy pola elektrycznego. Wektor siły elektrycznej oznaczono wielką literą F z indeksem dolnym el przyłożona jest do ładunku, który narysowany jest w postaci kółka z plusem w środku. Oznacza to, że jest to ładunek dodatni. Wektor siły ma kierunek poziomy i zwrot od ładunku. Na nim narysowany jest wektor natężenia pola elektrycznego w postaci zielonej strzałki zaczepionej w ładunku. Oznaczony jest wielką literą E, jego zwrot i kierunek pokrywa się ze zwrotem i kierunkiem siły.

Z kolei, jeśli na ciało obdarzone ładunkiem $q$ („próbnik” pola elektrycznego) działa w pewnym obszarze siła, to jest to siła elektryczna. Mamy wtedy do czynienia z polem elektrycznym. Wielkość opisująca to pole – natężenie pola elektrycznego $\overrightarrow{E}$ jest zdefiniowana analogicznie do natężenia pola grawitacyjnego: $\overrightarrow{E}=\frac{{\overrightarrow{F}}_{el}}{q}$. Dla ładunku dodatniego, który zwykle przyjmuje się jako ładunek próbny, wektor natężenia pola $\overrightarrow{E}$ ma kierunek i zwrot identyczny jak siła elektryczna (zobacz Rys. a). To samo dotyczy pola grawitacyjnego, z tym, że nie trzeba tu niczego zakładać o masie – jest zawsze dodatnia.

Pole magnetyczne zdefiniowane jest analogicznie jak wspomniane wyżej pola: istnienie tego pola przejawia się działaniem siły na ciało próbne, którym jest w tym przypadku poruszający się ładunek.

Ale tutaj sytuacja jest dużo bardziej skomplikowana. Okazuje się, że gdy ładunek porusza się w pewnym kierunku, to mimo, że znajduje się w polu magnetycznym, żadna siła na niego nie działa. Tak więc, o działaniu siły decyduje ustawienie wektora prędkości naładowanej cząstki. Dość szokujące!

W tym e‑materiale spróbujemy rozwikłać tę zagadkę, powiemy o związku pola magnetycznego z siłą działającą na poruszającą się naładowaną cząstkę i zdefiniujemy wektor indukcji magnetycznej $\overrightarrow{B}$, za pomocą którego opisujemy pole magnetyczne.