Mărgeaua plutitoare: legea lui Coulomb împotriva gravitației

Un joc educativ de simulare. Coboară o mărgea încărcată într-un tub de sticlă deasupra alteia și prezice unde o susține respingerea dintre ele, ce sarcină sau ce masă o face să plutească și cât de tare împinge fundul înapoi.

Legea lui CoulombForța electrică

MĂRGEAUA PLUTITOARE

Unde plutește

Gata
Activează JavaScript ca să cobori mărgeaua. Instrucțiunile și exemplul rezolvat rămân lizibile.
Respingerea electrică FGreutatea W și predicția taTensiunea din fir TTub, scară și țintă
Plutirek·q₁·q₂ ÷ r² = m·g

Timp

0.00 s

t

Distanța dintre mărgele

— cm

r

Respingerea electrică

— mN

F = k·q₁·q₂ ÷ r²

Tensiunea din fir

— mN

T = m·g − F

Împingerea fundului asupra mărgelei de jos

— mN

N

Prezice înainte să pornești

Scrie predicția ta ca să pregătești încercarea. Start rămâne inactiv până există un răspuns.

Prezice unde respingerea susține mărgeaua.

Scorul misiunii—

Fiecare răspuns trebuie să fie în limita a 2 %: fiecare aduce 100 de puncte. Corect la prima încercare mai aduce 50. O încercare contează din momentul în care începe.

✓ Răspuns corect① Din prima

Cum se joacă Mărgeaua plutitoare

  1. Alege un test și citește pe card sarcinile, masa sau înălțimea dorită.
  2. Folosește k·q₁·q₂ ÷ r² = m·g cu sarcinile în C, r în m și m în kg.
  3. Scrie predicția ta și apasă Start. Firul coboară mărgeaua de sus din vârful tubului.
  4. Vezi unde se destinde firul și compară cu linia ta portocalie sau cu ținta gri.

Legea lui Coulomb

Două sarcini se resping dacă au același semn și se atrag dacă au semne opuse. În 1785, Charles-Augustin de Coulomb a măsurat forța cu o balanță de torsiune și a găsit F = k·q₁·q₂ ÷ r², cu k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². Forța crește cu fiecare sarcină și scade cu pătratul distanței: la jumătate din distanță, de patru ori forța. Acționează asupra ambelor sarcini, egal și în sensuri opuse. Între obiecte mici, forța electrică este enorm mai puternică decât gravitația: câteva zeci de nanocoulombi pe două mărgele aflate la câțiva centimetri sunt de ajuns ca să susțină una împotriva atracției întregului Pământ. De aceea un balon frecat îți poate ridica părul.

Un model de învățare țintit

Mărgelele sunt sfere mici, deci se comportă ca sarcini punctiforme, iar r este distanța dintre centrele lor. Sticla este un izolator perfect și mărgelele nu pierd sarcină. Capătul firului coboară uniform din vârful tubului (16 cm) până la 0,6 cm în 2 s, atât de încet încât mărgeaua este mereu în echilibru: firul trage cu m·g − F cât timp aceasta este pozitivă și se destinde exact unde F = m·g. O mărgea respinsă mai tare decât greutatea ei încă de sus rămâne lipită de capac; una prea grea ca să plutească stă pe cea de jos. Tubul și distanța sunt la scară; mărgelele sunt desenate mai mari. Răspunsurile în limita a 2 % sunt corecte.

Schimbând limba îți păstrezi proba, predicția, încercările și desfășurarea.