Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Znasz może książkę „Alicja w Krainie Czarów”? Jej bohaterka na samym początku wpadła do króliczej nory. Leciała tak długo, że zastanawiała się, czy przeleci całą Ziemię na wylot i znajdzie się wśród ludzi chodzących do góry nogami. Co by się stało, gdybyśmy przebyli na wylot naszą planetę? Niemal dokładnie po przeciwnej stronie Ziemi znajduje się kraj zwany Nową Zelandią – jego mieszkańcy chodzą tak samo jak my – na nogach.

Już wiesz
  • wiesz, jaki kształt ma Ziemia;

  • znasz rozmiary Ziemi.

Nauczysz się
  • tłumaczyć, co to jest powszechne ciążenie;

  • omawiać znaczenie grawitacji na Ziemi;

  • wyjaśniać, na czym polega stan nieważkości;

  • odróżniać masę ciała od jego ciężaru.

iW5auRwJqU_d5e169

1. Co to jest ciążenie?

Przed setkami lat wyobrażano sobie, że Ziemia jest płaska, a gdyby była kulą, ludzie żyjący po przeciwnej stronie by pospadali. W rzeczywistości tak się nie dzieje, gdyż na każde ciało działa siła ciężkości związana z grawitacją. Jest to siła, z jaką Ziemia przyciąga wszystko, co znajduje się na niej lub w jej pobliżu.

R1XaYs7TfI5mS1
Siła grawitacji Ziemi przyciąga wszystkie przedmioty niezależnie od ich położenia względem planety

Sprawdźmy, czy grawitacja działa jednakowo na wszystkie przedmioty. Może przedmioty o większej masie są przyciągane z większą siłą?

Siła grawitacji
Obserwacja 1

Sprawdzenie, jak grawitacja oddziałuje na różne przedmioty.

Co będzie potrzebne
  • kilka przedmiotów o różnej masie, ale niezbyt dużej powierzchni, np. piłka nożna, piłeczka pingpongowa, pudełko zapałek, ołówek, spinacz.

Instrukcja
  1. Weź do ręki dwa dowolne przedmioty.

  2. Upuść je z jednakowej wysokości na ziemię. Który z nich spadł szybciej?

  3. Powtarzaj obserwację, korzystając z różnych przedmiotów.

  4. Powtórz obserwację, ale tym razem upuszczaj przedmioty z większej wysokości, np. stojąc na krześle.

Podsumowanie

Jeśli wypuścimy dwa przedmioty dokładnie w tym samym momencie, upadną na podłogę w tym samym czasie.

RoCPfnKjhazdP1
Siła grawitacji jednakowo oddziałuje na wszystkie przedmioty, co oznacza, że spadają na Ziemię w tym samym czasie

Siła grawitacji wytwarzana jest przez każdy obiekt – Ziemię, ale także Księżyc czy Słońce. Grawitacja jest tym większa, im większą masę ma ciało. Księżyc jest znacznie mniejszy od Ziemi – dlatego grawitacja jest na nim sześć razy słabsza. Dzięki grawitacji możemy żyć na Ziemi w każdym jej miejscu i nikomu nie grozi, że z niej spadnie. Również dzięki grawitacji dookoła Ziemi krążą Księżyc oraz sztuczne satelity.

R18cXPyjXZAtw1
Statek kosmiczny porusza się z ogromną prędkością i mógłby odlecieć w kosmos. Nie pozwala mu na to siła grawitacji, która sprawia, że pojad ten będzie krążył dookoła Ziemi
Reimq4o30OlsF1
W kosmosie znajdują się różnej wielkości okruchy skalne. Gdy znajdą się wystarczająco blisko Ziemi, to siła jej grawitacji może zmienić ich kurs, w wyniku czego spadną na powierzchnię naszej planety. Jeśli taka skała jest duża, to siła uderzenia sprawi, że w miejscu upadku powstaje krater
Ciekawostka

Istnieje legenda, że Isaac Newton, uczony, który jako pierwszy opisał, jak działa grawitacja, wpadł na ten pomysł przypadkiem. Kiedy był młody, siedział pod jabłonką i nagle na głowę spadło mu jabłko. Zaczął się wówczas zastanawiać, dlaczego jabłko zawsze spada na ziemię. Po wielu latach odkrył prawdę. Historia ta jest prawdopodobnie zmyślona przez samego naukowca, ale zawiera cenne spostrzeżenie: Wiele ciekawych odkryć można dokonać, kiedy uważnie obserwuje się otoczenie.

R10o83gVZXkFy1
Źródło: Gottfried Kneller (https://commons.wikimedia.org), public domain.
Ciekawostka

Przedmioty o małej masie i dużej powierzchni (np. ptasie pióro czy kartka papieru), spadając, zachowują się jakby wbrew sile grawitacji. Nie spadają pionowo, lecz poruszają się na boki, a chwilami nawet unoszą się. Dzieje się tak, gdyż powietrze stawia im znaczny opór. Gdyby spadały w próżni, leciałyby pionowo w dół.

Ważne!

Jeżeli użyjemy odpowiednio dużej siły, to można nią pokonać grawitację. Na przykład ptaki siłą swych mięśni mogą oderwać się od ziemi. Potężne silniki rakietowe pozwalają na wystrzelenie statków kosmicznych tak daleko, by grawitacja ziemska nie była już dla nich odczuwalna. Taki statek może oddalić się od Ziemi.

iW5auRwJqU_d5e287

2. Masa i ciężar

Wyobraźmy sobie, że przygotujemy do lotu na Księżyc człowieka, który na Ziemi waży 80 kg. Gdy wzniesie się w rakiecie w przestrzeń kosmiczną i wyłączone zostaną silniki, to pomimo działania siły grawitacji nasz kosmonauta znajdzie się w stanie nieważkościstan nieważkościstanie nieważkości. Nie będzie nic ważył, choć masa jego ciała wciąż będzie taka sama. Po wylądowaniu na Księżycu, gdyby ten sam człowiek wszedł na wagę, to pokazałaby ona wynik sześciokrotnie mniejszy niż na Ziemi, mimo że jego masa nie zmieniła się. To dlatego, że siła grawitacji Księżyca jest właśnie sześć razy mniejsza niż ziemska.

RUUCXF5Eoqr8M1
Animacja przedstawiająca zależność ciężaru od grawitacji. Na wszystkich rysunkach widoczny człowiek podnoszący ciężary najpierw na Ziemi, potem na Księżycu, potem na Jowiszu.

Masa ciała zawsze pozostaje taka sama, za to zmienia się jego ciężarciężarciężar. W pewnych warunkach ciało może nawet nic nie ważyć, mimo że cały czas ma tę samą masę. Stan nieważkości istnieje także w statkach kosmicznych krążących po orbicie okołoziemskiej ze stałą prędkością i z wyłączonymi silnikami.

RdQOKgmub8Rtd1
Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) zarówno ludzie, jak i wszystkie przedmioty znajdują się w stanie nieważkości
RWORZaZhTF5N21
Ciężar wszystkich obiektów na Księżycu jest około sześciokrotnie mniejszy niż tych samych obiektów na Ziemi. Z tego powodu astronauci musieli poruszać się tam bardzo ostrożnie. Poruszanie się z taką siłą jak na Ziemi skutkowałoby wykonaniem dalekiego skoku
Polecenie 1

Zmierz jak wysoko możesz podskoczyć i jak długi skok w dal możesz oddać w warunkach ziemskich. Oblicz, jakie wyniki w tych samych dyscyplinach możesz uzyskać na Księżycu w warunkach sześciokrotnie mniejszej grawitacji?

Ciekawostka

Stan nieważkości można uzyskać w szybko obniżającym swój lot samolocie. Podczas szkolenia astronautów kandydaci do lotu w kosmos wsiadają do samolotu, a kiedy ten znajdzie się na dużej wysokości, zaczyna gwałtownie opadać. W kabinie przez kilkadziesiąt sekund panuje wówczas stan nieważkości, a astronauci mogą uczyć się poruszać w ten nowej dla nich sytuacji.

Ważne!

Długotrwałe przebywanie w stanie nieważkości jest niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego. Stopniowo zanikają mięśnie, a kości stają się słabsze i kruche. Nawet intensywne ćwiczenia fizyczne jedynie spowalniają te niebezpieczne procesy. Pobyt w stanie nieważkości przez kilka lat mógłby uniemożliwić powrót na Ziemię.

iW5auRwJqU_d5e352

Podsumowanie

  • Siła, z jaką jedno ciało przyciąga inne, nazywa się siłą grawitacji.

  • Wszystkie obiekty na Ziemi podlegają sile grawitacji.

  • Każdy obiekt ma masę, która się nie zmienia i nie zależy od grawitacji.

  • Ciężar ciała zależny jest od grawitacji, a nie od masy.

Praca domowa
Polecenie 2.1

W dostępnych ci źródłach (np. w Internecie) znajdź informacje, jak długo ludzie przebywali na Księżycu w warunkach zmniejszonej grawitacji, a jak długo na stacjach kosmicznych w warunkach całkowitego braku ciążenia. Dowiedz się, jakie odczuwali niedogodności po powrocie na Ziemię.

Zobacz także

Zajrzyj do zagadnień pokrewnych:
Mniejsze nie zawsze jest lżejsze!
Jaki kształt ma Ziemia?

iW5auRwJqU_d5e423

Słowniczek

ciężar
ciężar

siła, z jaką grawitacja oddziałuje na przedmiot o określonej masie

masa
masa

ilość substancji, z jakiej zbudowane jest dane ciało

Isaac Newton
R10o83gVZXkFy1
Źródło: Gottfried Kneller (https://commons.wikimedia.org), public domain.

Isaac Newton

Angielski naukowiec zajmujący się astronomią, fizyką, matematyką, chemią i filozofią. Jako pierwszy opracował i przedstawił prawo powszechnego ciążenia. Jego badania dotyczące ruchu, w tym także ruchu planet i innych ciał niebieskich, utrwaliły ostatecznie teorię heliocentryczną. Dokonał wielu innych, znaczących odkryć i pomiarów w dziedzinie astronomii, fizyki i geografii.

siła grawitacji
siła grawitacji

siła, z jaką jedno ciało przyciąga drugie; im większa masa tego ciała, tym większa jest siła jego grawitacji

stan nieważkości
stan nieważkości

stan, w którym różne siły działające na ciało powodują, że to ciało mimo niezmienionej masy nie ma chwilowo ciężaru

iW5auRwJqU_d5e602

Zadania

Ćwiczenie 1
R1EypYKSCqNSd1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
R1DKJOjsLYUSw1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
RULjMwW7Rvqqe1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
R1ZIf58jwqPYH1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
Rt6ZV7KAjLOzL1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.