Cannone di particelle: dalla tensione alla velocità

Un gioco di simulazione educativo. Accelera elettroni, protoni e particelle alfa tra due griglie cariche e prevedi l'energia che guadagnano, a che velocità escono, l'energia in elettronvolt e la tensione che ferma un elettrone.

Tensione elettricaEnergia cinetica

CANNONE DI PARTICELLE

Energia da 1000 V

Pronto
Attiva JavaScript per sparare le particelle. Le istruzioni e l'esempio svolto restano leggibili.
Velocità vForza elettrica FCampo E, dal potenziale alto a quello bassoLa tua previsione
Energia da una tensioneq·ΔV = ½·m·v²

Tempo

0.00 ns

t

Posizione

— cm

x

Velocità

— m/s

v

Energia cinetica

— J

K = ½·m·v²

Energia cinetica in eV

— eV

K ÷ e

Prevedi prima di avviare

Scrivi la tua previsione per preparare la prova. Avvia resta disattivato finché non c'è una risposta.

Prevedi l'energia e la velocità.

Punteggio della missione—

Ogni risposta deve essere entro il 2 %: ognuna vale 100 punti. Indovinare alla prima prova aggiunge 50. Una prova conta appena inizia.

✓ Risposta giusta① Al primo colpo

Come giocare a Cannone di particelle

  1. Scegli una prova e leggi sulla scheda la particella e la tensione.
  2. Usa q·ΔV = ½·m·v², con q in C e m in kg, oppure conta l'energia in eV: 1 eV per ogni e e ogni volt.
  3. Scrivi la tua previsione e premi Avvia. La particella viene sparata al rallentatore; il fantasma arancione si muove alla tua velocità.
  4. Confronta la particella con il fantasma, e le barre di energia con la tua linea arancione.

Una tensione diventa energia cinetica

Una carica q che attraversa una tensione ΔV cambia la sua energia potenziale elettrica di q·ΔV. Se nient'altro agisce su di essa, quell'energia diventa energia cinetica: q·ΔV = ½·m·v². L'energia dipende solo dalla carica e dalla tensione, non dalla massa né dalla distanza tra le griglie, quindi conviene contarla in elettronvolt: un elettrone che attraversa un volt guadagna 1 eV = 1,602 × 10⁻¹⁹ J. La velocità invece dipende dalla massa: con la stessa tensione, un protone, 1836 volte più pesante di un elettrone, finisce √1836 ≈ 43 volte più lento. Al contrario, la stessa regola dice quanta tensione serve per fermare una carica in moto. I cannoni elettronici dei vecchi televisori, i tubi a raggi X e gli acceleratori di particelle funzionano così.

Un modello di apprendimento mirato

Le griglie distano 4,0 cm, con un campo uniforme tra di esse e nessuno fuori; la particella le attraversa senza toccarle. Parte da ferma alla prima griglia, accelera in modo costante tra le griglie e prosegue fino a un rivelatore a 10 cm; nella prova di arresto arriva a 4,0 × 10⁶ m/s e rallenta tra le griglie, e una risposta entro il 2 % della tensione di arresto la ferma proprio alla seconda griglia. La gravità è trascurata, e tutte le velocità restano sotto il 7 % della velocità della luce, quindi il modello non è relativistico. Ogni prova dura da nanosecondi a centinaia di nanosecondi ed è rallentata per durare circa 4 s. Le risposte entro il 2 % sono giuste.

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