Свободна лаборатория · 12–16 години
Голф със заряди
Върви ли заредената топка по силовата линия? Прочети, после провери сам в симулацията.
Заряди, които се привличат и отблъскват
Неподвижните заряди създават около себе си електрично поле. Положителна топка се отблъсква от положителните заряди и се привлича от отрицателните. При отрицателна топка е обратно. Това е сила на привличане и отблъскване между заряди – не магнетизъм.
- Силата намалява бързо с разстоянието: два пъти по-далеч тя е четири пъти по-слаба, три пъти по-далеч – девет пъти. Това е законът на Кулон.
- Силите от няколко заряда се събират като стрелки. Между два еднакви заряда двете сили се унищожават и силата в средата е нула.
Силовите линии не са пътят
Силовата линия показва накъде е силата във всяка точка. Но силата променя скоростта, а не я „носи“: топката има инерция. Затова в общия случай тя не върви по силовата линия – тръгва по нея, после се отделя и минава от външната страна на завоя.
Само в един особен случай пътят и линията съвпадат: когато на игрището има един заряд и топката е пусната без тласък.
Полето има навсякъде, не само по нарисуваните линии. Силата се чете от сондата, а не от това колко гъсто са нарисувани линиите.
Енергията се запазва
Без триене сумата от кинетичната енергия (на движението) и потенциалната енергия („скритата“ енергия на топката в полето) остава една и съща. Затова топка, пусната без тласък, никога не стига място, където скритата ѝ енергия е по-голяма, отколкото на старта. На нивото „Хълмът“ без тласък не може да се вкара – тласъкът дава на топката нужната енергия.
Топка с двоен заряд и двойна маса се движи съвсем същото: двойна сила, но и двойно по-трудно ускоряване.
Какво е игра и какво е физика
- Игрището е във вакуумна камера на космическа станция: няма въздух, няма тежест и няма триене. Затова моделът е точен, а не „почти“.
- Две неща са игрови условности, а не измерени факти: размерът на дупката (3 cm) и правилото, че топката пада в нея само ако е по-бавна от 25 cm/s.
- Неподвижните заряди са „закрепени“, макар топката да ги дърпа със същата сила.
Знаеш ли, че…
- Силата между два заряда е F = k·|q·Q|/r2, а полето е E = F/q. Кинетичната енергия е Eк = mv2/2.
- 10 nC са около 62 милиарда елементарни заряда.
- Никъде между неподвижни заряди заредена топка не може да стои устойчиво: леко побутната, тя бяга. Математиците са доказали това още през 1842 година – за всяка подредба на зарядите.
Безопасност
Зарядите тук са малки – като от балон, търкан в косата. Статичното електричество от търкане е безопасно, но може да щипе. Никога не прави опити с ток от контакта, зарядни, акумулатори на кола или уреди за високо напрежение. Генератори за високо напрежение в училищната лаборатория ползва само учителят; хора с пейсмейкър не се доближават.
За учителя
Вдъхновено от класически учебни опити и игри с електрично поле. Законът е триизмерният 1/r², гледан в една равнина, затова гъстотата на линиите в рисунката не е мярка за полето (използвайте сондата). Това, че няма точка на устойчиво равновесие, е теоремата на Ърншоу (1842). Енергийният релеф е за потенциалната енергия на тази топка: при смяна на знака ѝ се обръща. Попитайте: „Къде в живота нещо не завива веднага, макар да го дърпат настрани?“