الخرزة العائمة: قانون كولوم في مواجهة الجاذبية

لعبة محاكاة تعليمية. أنزل خرزة مشحونة داخل أنبوب زجاجي فوق خرزة أخرى، وتوقّع أين يحملها التنافر بينهما، وأي شحنة أو كتلة تجعلها تطفو، وبأي قوة يدفع القاع إلى الأعلى.

قانون كولومالقوة الكهربائية

الخرزة العائمة

أين تطفو

جاهز
فعّل ⁦JavaScript⁩ لإنزال الخرزة. تبقى التعليمات والمثال المحلول قابلة للقراءة.
التنافر الكهربائي ⁦F⁩الوزن ⁦W⁩ وتوقّعكشدّ الخيط ⁦T⁩الأنبوب والمقياس والهدف
الطفوk·q₁·q₂ ÷ r² = m·g

الزمن

0.00 s

t

المسافة بين الخرزتين

— cm

r

التنافر الكهربائي

— mN

F = k·q₁·q₂ ÷ r²

شدّ الخيط

— mN

T = m·g − F

دفع القاع على الخرزة السفلى

— mN

N

توقّع قبل أن تبدأ

اكتب توقّعك لتجهيز المحاولة. يبقى زر البدء معطّلًا حتى توجد إجابة.

توقّع أين يحمل التنافر الخرزة.

نتيجة المهمة—

يجب أن تكون كل إجابة ضمن ⁦2%⁩: لكل منها ⁦100⁩ نقطة. الإجابة الصحيحة في المحاولة الأولى تضيف ⁦50⁩. تُحسب المحاولة بمجرد أن تبدأ.

✓ إجابة صحيحة① من المحاولة الأولى

كيف تلعب الخرزة العائمة

  1. اختر اختبارًا واقرأ على البطاقة الشحنات أو الكتلة أو الارتفاع المطلوب.
  2. استخدم ⁦k·q₁·q₂ ÷ r² = m·g⁩ مع الشحنات بالكولوم و⁦r⁩ بالأمتار و⁦m⁩ بالكيلوغرام.
  3. اكتب توقّعك واضغط ابدأ. يُنزل الخيط الخرزة العليا من أعلى الأنبوب.
  4. انظر أين يرتخي الخيط، وقارنه بخطك البرتقالي أو بالهدف الرمادي.

قانون كولوم

تتنافر شحنتان إذا كانتا من الإشارة نفسها وتتجاذبان إذا كانتا من إشارتين متعاكستين. في عام ⁦1785⁩ قاس شارل أوغستان دو كولوم هذه القوة بميزان اللّي ووجد ⁦F = k·q₁·q₂ ÷ r²⁩، حيث ⁦k = 8.99 × 10⁹ N·m²/C²⁩. تزداد القوة مع كل شحنة وتقل مع مربع المسافة: نصف المسافة يعني أربعة أضعاف القوة. وتؤثر في الشحنتين بالمقدار نفسه وفي اتجاهين متعاكسين. بين الأجسام الصغيرة تكون القوة الكهربائية أقوى من الجاذبية بقدر هائل: بضع عشرات من النانوكولوم على خرزتين تفصلهما بضعة سنتيمترات تكفي لحمل إحداهما في وجه جذب الأرض كلها. لهذا يستطيع بالون مدلوك أن يرفع شعرك.

نموذج تعليمي مركّز

الخرزتان كرتان صغيرتان، فتعملان كشحنتين نقطيتين، و⁦r⁩ هي المسافة بين مركزيهما. الزجاج عازل تام والخرزتان لا تفقدان شحنة. يُنزَل طرف الخيط بانتظام من أعلى الأنبوب ⁦(16 cm)⁩ إلى ⁦0.6 cm⁩ خلال ⁦2 s⁩، ببطء يجعل الخرزة متزنة دائمًا: يشدّ الخيط بقوة ⁦m·g − F⁩ ما دامت موجبة، ويرتخي تمامًا حيث ⁦F = m·g⁩. الخرزة التي تُدفَع بأكثر من وزنها منذ الأعلى تبقى عند الغطاء؛ والأثقل من أن تطفو تستقر على السفلى. الأنبوب والمسافة بالمقياس الحقيقي؛ والخرزتان مرسومتان أكبر. الإجابات ضمن ⁦2%⁩ صحيحة.

تغيير اللغة يحتفظ باختبارك وتوقّعك ومحاولاتك وتشغيلك.