ВРАЩЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ

Электростатическое взаимодействие обычно демонстрируют с помощью относительно небольших и легких объектов: клочков бумаги, пенопластовых шариков, тонкой струйки воды, дыма и прочих легковесных тел. Однако можно ухитриться привести в движение и значительно более массивные предметы, воздействуя на них весьма малыми силами электростатической природы.

В представленном здесь опыте используется пара стержней, а точнее бронзовый стержень постоянного прямоугольного сечения и деревянный брусок. Длина этих предметов составляет приблизительно полтора метра. На регулируемый демонстрационный столик кладут небольшую стеклянную пластинку (например, маленький кусок оконного стекла), а на нее плоско-выпуклую линзу или часовое стекло диаметром 7-10 см выпуклой стороной вниз. Совокупность такой пары стекол представляет собой простейший подшипник с достаточно малым трением.

На «подшипник» кладут один из стержней, например, металлический, и выравнивают его так, чтобы он был в равновесии и имел возможность свободно вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через центр его симметрии.

Наэлектризованную стеклянную палочку подносят сбоку к одному из концов стержня, не касаясь его. Палочка и стержень при этом должны располагаться параллельно и на расстоянии 1-3 см друг от друга (рис. 20). С приближением палочки конец стержня сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее устремляется к ней. При этом палочку медленно уводят прочь от стержня, но делают это так, чтобы расстояние между ними оставалось прежним. Как только стержень провернется на четверть оборота, палочку убирают, и стержень продолжает вращаться по инерции.

После того, как стержень провернется на два-три оборота, снова подносят к одному из его концов наэлектризованную палочку, причем подносят ее, следуя за удаляющимся концом стержня, и тем самым тормозят его. В результате скорость вращения стержня постепенно уменьшается, и он останавливается. Если теперь палочку удалять от стержня, то он, следуя за ней, раскручивается, как и прежде, но уже в направлении, противоположном Притяжение стержня, а точнее одного его конца, к заряженной (положительным зарядом) стеклянной палочке происходит вследствие образования на этом конце отрицательного заряда. Заряд этот образуется вследствие перемещения в стержне части его свободных электронов в сторону палочки под действием ее электрического поля.

Затем металлический стержень меняют на деревянный брусок и делают палочкой те же манипуляции, которые делались ранее по отношению к металлическому стержню. Как и в предыдущем случае, брусок также послушно следует за палочкой. Однако объяснение причины появления электрического заряда на деревянном бруске уже иное.

К объяснению поляризации бруска

Рис. 21. К объяснению поляризации бруска

Поскольку сухая древесина - диэлектрик, то свободных зарядов, которые могли бы свободно перемещаться в ее толще, нет.

Собственные заряды (заряды атомов и молекул древесины) связаны валентными связями. Эти связанные заряды под воздействием внешнего электрического поля могут лишь немного смещаться - поляризоваться, образуя при этом пару разноименно заряженных участков на противоположных сторонах диэлектрического тела.

При поднесении к концу незаряженного бруска заряженной стеклянной палочки ее поле, показанное на рис. 21 в виде окружающего ее ореола, поляризует этот брусок. При этом на ближней к палочке грани бруска индуцируется отрицательный заряд, а на противоположной дальней грани индуцированный заряд положительный.

Поскольку расстояние от палочки до отрицательно заряженной грани бруска меньше, чем до его положительно заряженной грани, то, в соответствии с законом Кулона, силы притяжения бруска к палочке преобладают над силами их взаимного отталкивания. Поэтому палочка и притягивает к себе брусок, заставляя его двигаться.

Если же в опыте использовать эбонитовую палочку, заряжающуюся отрицательным зарядом, то и стержень и брусок будут притягиваться к ней так же, как к стеклянной палочке.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >