Tajemnice huśtawki

Całą naukę fizyki można by właściwie określić w ten sposób, że zajmuje się ona różnymi postaciami energii oraz tym, jak te rozmaite postacie przechodzą jedna w drugą. Wiemy, że energia jest to zdolność do wykonania pracy. Tę zdolność może posiadać pojedyncze ciało bądź układ, tzn. zespół ciał.

Energia mechaniczna jest najpospolitszą postacią energii. Występuje ona w dwóch odmianach: potencjalnej i kinetycznej. Przemiana jednej w drugą zachodzi bardzo często m. in. wówczas, gdy oglądamy huśtające się dzieci. Aby huśtawkę wraz z siedzącym dzieckiem wprawić w ruch należy rozpocząć od silnego pchnięcia. Pchnięcie to nadaje odpowiednią prędkość huśtawce, czyli udziela jej energii kinetycznej. W miarę jak huśtawka wychyla się z dolnego położenia, jej prędkość maleje aż wreszcie w swoim najwyższym położeniu (zależnie od siły pchnięcia) huśtawka zatrzymuje się na mgnienie oka, aby zaraz opaść z powrotem i minąwszy dolne (najniższe) położenie wznieść się w górę po przeciwnej stronie.

W krótkim czasie, gdy huśtawka wznosi się do najwyższego położenia, można poczynić dwa spostrzeżenia: jej prędkość stopniowo maleje aż do zera (w chwili osiągnięcia górnego położenia), jej wysokość nad poziomem ziemi wzrasta od najmniejszej (u dołu) do największej (u góry). Jak wiemy, prędkość wyznacza energię kinetyczną ciała, a wysokość nad powierzchnią ziemi, jaką zajmuje to ciało – wyznacza jego energia potencjalna. Zatem malejąca prędkość to malejąca energia kinetyczna, a wzrastająca wysokość to rosnąca energia potencjalna.

W swoim ruchu ku górze huśtawka traci więc energię kinetyczną, a zyskuje energię potencjalną. Za chwilę, gdy zacznie opadać, wszystko powtórzy się, ale w odwrotnym porządku. Będzie ona teraz zmniejszać wysokość, czyli tracić energię potencjalną, a zwiększać prędkość (zyskiwać energię kinetyczną). Nastąpi więc odwrotna zamiana. Można powiedzieć, że huśtawka jest przykładem nieustannej zamiany energii potencjalnej w kinetyczną i odwrotnie.

Można przypuszczać, że suma energii potencjalnej i kinetycznej, w dowolnej chwili ruchu, pozostaje stała. Podobnie jak stała jest ilość cieczy, którą przelewamy z naczynia do naczynia. Rozumowanie to prowadzi do zasady zachowania energii, która głosi, że w przemianach energii jej ilość nie ulega zmianie, a zmieniają się tylko jej formy (postacie).

Światło rysuje obrazy

Aparat fotograficzny, dzięki któremu możemy „rysować” za pomocą światła, powstał stosunkowo nie tak dawno temu. Za pierwowzór tego aparatu uznaje się oko ludzkie, które istnieje tak długo, jak długo istnieje człowiek.

Chcąc zrozumieć, w jaki sposób działa aparat fotograficzny, należy przypomnieć sobie coś niecoś o świetle, jego naturze i właściwościach. W dzień korzystamy ze światła słonecznego, nawet jeśli na niebie są ciemne chmury, słońce przebija się przez nie i choć nie jest tak jasno, to przecież oświetla wszystko dookoła. Zupełnie nie dociera do nas w nocy. Wówczas radzimy sobie stosując sztuczne źródła światła.

Światło, podobnie jak dźwięk, przenosi się za pomocą fal, ale są to zupełnie inne fale i inne są ich właściwości niż fal dźwiękowych. Fale świetlne rozchodzą się w powietrzu w postaci prostoliniowych promieni inaczej niż fale dźwiękowe. Inną ważną różnicą jest to, że głos rozchodzi się dzięki istnieniu materialnego ośrodka, na przykład powietrza. W próżni natomiast fale głosowe rozchodzić się nie mogą. Światło zaś może przechodzić przez całkowitą próżnię, czyli przestrzeń, w której nic nie ma. Właśnie dlatego Słońce może dostarczać nam światło, które przechodzi przez przestrzeń kosmiczną pozbawioną prawie całkowicie materii.

Oko ludzkie spostrzega otaczające przedmioty tylko wtedy, gdy są one oświetlone. Siedząc w dokładnie zaciemnionym pokoju nie będziemy widzieli nic, dopiero gdy zapalimy światło ukaże się nam to wszystko, co się tam znajduje. Światło palącej się lampy wysyła we wszystkie strony fale świetlne, fale te odbijają się od wszystkiego co nas otacza i trafiają do oka. Gdyby dookoła źródła światła nie było nic, fale świetlne nie miałyby się od czego odbić i widzielibyśmy tylko źródło światła.

Fale świetlne odbijając się od wszystkich przedmiotów i trafiając do oka, wywołują wrażenie, które nazywamy „widzeniem”. Widzenie powstaje wskutek wspólnej pracy oka i mózgu ludzkiego. Wiemy, że fale świetlne o dużej częstotliwości mają barwę filetową, a o mniejszej – barwę czerwoną. Między nimi zawarte są pozostałe barwy tęczy, która przedstawia pełną paletę barw. Natomiast światło białe jest mieszaniną wszystkich barw, tzn. mieszaniną fal świetlnych o częstotliwościach zawartych między fioletem a czerwienią. Istnieją niewidzialne fale świetlne o częstotliwościach większych (nadfioletowych) lub mniejszych (podczerwonych) od częstotliwości fal widzialnych. Oko ludzkie ich nie dostrzega, ale reaguje na ich obecność klisza fotograficzna.