Come giocare a Cannone di particelle
- Scegli una prova e leggi sulla scheda la particella e la tensione.
- 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.
- Scrivi la tua previsione e premi Avvia. La particella viene sparata al rallentatore; il fantasma arancione si muove alla tua velocità.
- 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.