Чаробни штапић? Нопе, Јуст Гоод Ол 'Фасхионед Пхисицс


Види ово. Изгледа као чаробни штапић који чини да ствари плутају, али то је само обична физика. Претпостављам да је то оно што ове врсте играчака чини тако цоол. Они раде ствари које су у супротности са нашим свакодневним искуствима. Обично ствари не само да овако висе у ваздуху.

Али како то функционише? Одговор је фундаментална интеракција у природи – кулонска сила (која се назива и електростатичка сила). Кулонова сила је интеракција између било којих два електрична набоја. То је врста кружне дефиниције, пошто још увек морате да дефинишете електрични набој. Рећи ћу само да су два најчешћа електрична набоја свуда – они су електрон (негативни набој) и протон (позитивни набој). Уз неутрон, ове три честице чине готово све што видите у свакодневном животу.

За кулонску силу, ако су два набоја супротна у знаку (негативно и позитивно), између њих постоји привлачна сила. Ако та два набоја имају исти знак, сила је одбојна (што значи да се гура, а не да је бруто). Постоји још један важан део кулонске силе. Како се набоји стоје даље, сила између њих се смањује. То значи да би супер-блиске оптужбе имале веома велику силу (било атрактивну или одбојну).

Ако кулонска сила може бити толико јака, зашто је не посматрамо увек као интеракцију између објеката? Зато што се скоро све састоји од електрона и протона, објекти имају тенденцију да имају отприлике исти број ова два набоја. Укупна нето интеракција између два објекта са хрпом набоја има тенденцију да буде око нуле.

Али нећете стварно разумети кулонску интеракцију осим ако се не играте с њом. Хајде да то урадимо пре него што се вратимо чаробном штапу. За овај експеримент, требаће вам два различита материјала како бисте се трљали заједно. Користићу малу ПВЦ цев и део пластичне чаше. Када се ти материјали протрљају, електрични набоји прелазе из једног материјала у други. Резултат је да један од њих има додатне електроне, а другом недостаје електрона. Материјал са додатним електронима ће имати нето негативни набој, а други ће бити позитивно наелектрисан.

Ако суспендујем пластику са конопца, могу да видим интеракцију између два објекта.

Рхетт Аллаин

Приметите да привлаче јер имају супротне оптужбе. Такође приметите да нема много интеракције док се два објекта не приближе тако да је Кулонова сила довољно јака. Треба нагласити да није лако одредити који је предмет позитиван и који је негативан. Постоји начин, али за сада само рецимо да је ПВЦ позитиван и да је пластика негативна.

Сада могу да узмем још један комад пластичне чаше и да га истрљам истом ПВЦ цевом. Шта се дешава када спојим два пластична комада?

Рхетт Аллаин

Они одбијају. Ми напредујемо. Сада за још један експеримент. Шта се дешава ако објесим неутрални предмет са конопца и доведем позитивно напуњену ПВЦ цијев? У овом случају користим мало алуминијске фолије. Ево шта добијате.

Рхетт Аллаин

Видећете две ствари. Прво, алуминијум (без мрежног пуњења) привлачи позитивна ПВЦ цев. Након што метал дође у контакт са ПВЦ-ом, он се одбија. Прилично кул. Али зашто? Зашто неутрални комад алуминијума привлачи и одбија ПВЦ? Да одговорим на ово, морам направити дијаграм који представља трошкове у два објекта. Очигледно нећу повући све оптужбе (то би било превише). Само ћу повући нешто вишка. Ево моје неутралне металне и позитивне ПВЦ цеви.

Рхетт Аллаин

Приметите да је метал СТИЛЛ неутралан. Међутим, у металу неки од електрона могу слободно да се крећу како желе. Наравно, електрони не желе ништа – они су само електрони. Ови покретни електрони доживљавају привлачну силу од позитивних набоја на ПВЦ-у и тако се крећу на десну страну метала (као што се види на дијаграму). Пошто је метал неутралан, кретање електрона удесно оставља неке непарене позитивне набоје на левој страни.

Ово раздвајање набоја је важно. Иако је метал још увек неутралан, распоред пуњења значи да ће метал привући позитивна ПВЦ цев. Негативне набоје привлачи ПВЦ и позитивни набоји се одбијају. Иако постоји једнак број позитивних и негативних набоја, негативни набоји су ближи ПВЦ-у. Пошто су ближе, привлачна сила је већа од одбојне силе од позитивног набоја – запамтите да се Цоуломбова сила смањује са растојањем. Дакле, укупни неутрални метал је привучен позитивним ПВЦ-ом.

Оно што се даље дешава ће вас запањити. Заправо, неће – само сам то хтио рећи. У сваком случају, пошто је метал привучен ПВЦ-ом, он коначно успоставља контакт. Када метал додирне ПВЦ, неки од електрона на металу могу да се померају на ПВЦ. Сада има више позитивних набоја него што постоје негативни набоји на металу. Погоди шта? Привлачне силе од преосталих негативних набоја нису довољне да превладају одбојне силе од свих позитивних набоја. Сада се метал удаљава од позитивне ПВЦ цеви.

Сада се враћамо на чаробни штапић. Ако штапић има укупни позитивни набој, лагана шљокица може направити исту ствар као и метална алуминијска фолија. Једина разлика је у томе што шљокица има тако малу масу да је електрична одбојна сила већа од гравитационе силе која повлачи према доље и како се појављује како плута.

Али, како дођавола „чаробни“ штап постаје позитиван (или негативан – може бити било како)? У суштини, то је мали Ван де Граафф генератор. Уређај има унутрашњи ротирајући појас. Овај појас пролази поред извора напона који узрокује да покупи мали вишак позитивног набоја. Појас се затим помера у унутрашњост шупље металне сфере, при чему вишак набоја може напустити појас и "напунити" сферу. Кључна идеја овде је да вишак наелектрисања увек заврши на површини метала зато што они желе да буду близу сличних набоја. Запамтите, као што се оптужбе одбијају.

Рхетт Аллаин

Све у свему, то је веома креативан начин да се направи објект који се наплаћује. Али запитајте се ово – ако је чаробни штапић позитиван, где одлазе додатни електрони како би целу ствар учинили позитивном? Одговор сте ви. Додатни електрони путују у ваше тело кроз физички контакт са штапићем. Ако имате неку од ових играчака, пробајте следећи експеримент. Покушајте да користите штапић док носите гумену рукавицу. Гума је изолатор тако да електрични набој не може лако проћи кроз њега. То значи да би се електрони заглавили на штапу заједно са позитивима. То би учинило чаробни штапић не тако магичним.


Море Греат ВИРЕД Сториес