Zwevende kraal: de wet van Coulomb tegen de zwaartekracht

Een educatief simulatiespel. Laat een geladen kraal in een glazen buis zakken boven een andere en voorspel waar de afstoting haar draagt, welke lading of massa haar laat zweven en hoe hard de bodem terugduwt.

Wet van CoulombElektrische kracht

ZWEVENDE KRAAL

Waar ze zweeft

Klaar
Zet JavaScript aan om de kraal te laten zakken. De uitleg en het uitgewerkte voorbeeld blijven leesbaar.
Elektrische afstoting FGewicht W en je voorspellingSpankracht in de draad TBuis, schaal en doel
Zwevenk·q₁·q₂ ÷ r² = m·g

Tijd

0.00 s

t

Afstand tussen de kralen

— cm

r

Elektrische afstoting

— mN

F = k·q₁·q₂ ÷ r²

Spankracht in de draad

— mN

T = m·g − F

Duw van de bodem op de onderste kraal

— mN

N

Voorspel voordat je start

Typ je voorspelling om de proef klaar te zetten. Start blijft uit tot er een antwoord is.

Voorspel waar de afstoting de kraal draagt.

Missiescore—

Elk antwoord moet binnen 2 % zitten: elk levert 100 punten op. Goed bij de eerste proef geeft 50 extra. Een proef telt zodra hij begint.

✓ Goed antwoord① In één keer

Zo speel je Zwevende kraal

  1. Kies een test en lees de ladingen, de massa of de gewenste hoogte op de kaart.
  2. Gebruik k·q₁·q₂ ÷ r² = m·g met ladingen in C, r in m en m in kg.
  3. Typ je voorspelling en druk op Start. De draad laat de bovenste kraal vanaf de bovenkant van de buis zakken.
  4. Kijk waar de draad slap wordt en vergelijk met je oranje lijn of het grijze doel.

De wet van Coulomb

Twee ladingen stoten elkaar af als ze hetzelfde teken hebben en trekken elkaar aan als ze een tegengesteld teken hebben. In 1785 mat Charles-Augustin de Coulomb de kracht met een torsiebalans en vond F = k·q₁·q₂ ÷ r², met k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². De kracht groeit met elke lading en neemt af met het kwadraat van de afstand: halve afstand, vier keer de kracht. Ze werkt op beide ladingen, even groot en tegengesteld. Tussen kleine dingen is de elektrische kracht enorm veel sterker dan de zwaartekracht: een paar tientallen nanocoulomb op twee kralen enkele centimeters uit elkaar zijn genoeg om er een te dragen tegen de aantrekking van de hele aarde. Daarom kan een gewreven ballon je haar optillen.

Een gericht leermodel

De kralen zijn kleine bolletjes en werken als puntladingen; r is de afstand tussen hun middelpunten. Het glas isoleert perfect en de kralen verliezen geen lading. Het einde van de draad zakt gelijkmatig van de bovenkant van de buis (16 cm) tot 0,6 cm in 2 s, zo langzaam dat de kraal altijd in evenwicht is: de draad trekt met m·g − F zolang dat positief is en wordt precies slap waar F = m·g. Een kraal die al bovenin harder wordt afgestoten dan ze weegt, blijft tegen de dop; een te zware kraal rust op de onderste. Buis en afstand zijn op schaal; de kralen zijn groter getekend. Antwoorden binnen 2 % zijn goed.

Bij het wisselen van taal blijven je proef, voorspelling, pogingen en voortgang behouden.