Τετάρτη, 30 Σεπτεμβρίου 2009

Ντους και φυσική

Φόρτιση από το ντους

Το ξέρετε ότι την ώρα που κάνετε ντους, το νερό που πέφτει παράγει αρνητικά φορτία και ένα ηλεκτρικό πεδίο μέγιστης δυνατής τιμής 800 volt ανά μέτρο. Παρόμοια πεδία είναι συνήθη κοντά σε καταρράκτες. Αλλά και όταν καθαρίζουν τα μεγάλα . πετρελαιοφόρα με μάνικες που εξαπολύουν νερό με μεγάλη ταχύτητα, το πεδίο μπορεί να φτάσει στην τιμή των 300.000 volt. Πώς παράγεται

ένα τέτοιο πεδίο; Στην περίπτωση των μεγάλων πετρελαιοφόρων, η ερώτηση δεν έχει καθόλου θεωρητικό χαρακτήρα. Αρκεί να αναλογιστούμε πόσες εκρήξεις έχουν συμβεί στα πλοία αυτά την ώρα που τα καθάριζαν.

Απάντηση:

Δεν έχουμε κατανοήσει ακόμη τον ακριβή μηχανισμό με τον οποίο διαχωρίζονται τα φορτία όταν διασκορπι­στεί σε σταγόνες μια ποσότη­τα νερού. Ο Lenard, πάντως, έχει αποδείξει από τον 19ο αιώνα ότι οι μεγαλύτερες σταγόνες φορτίζονται θετικά, ενώ οι μικρότερες αρνητικά. Επειδή όμως οι μεγάλες στα­γόνες κατακάθονται γρηγο­ρότερα από τις μικρές, στον αέρα απομένουν οι αρνητικά φορτισμένες σταγόνες· έτσι, το ηλεκτρικό πεδίο που δη­μιουργείται είναι σημαντικό.


Πηγή:

Jearl Walker,(2001),Το πανηγύρι της φυσικής, Εκδόσεις Κάτοπτρο.


Εδώ μπορείτε να δείτε για 6 διασκεδαστικά λεπτά τη δημιουργία μιας μπαταρίας με τη βοήθεια μερικών δοχείων και νερού, από τον αξιοθαύμαστο Walter Lewin του ΜΙΤ.



Γιατί η κουρτίνα της μπανιέρας μας κολλάει πάντα επάνω μας;

Ένα από τα πιο ενοχλητικά σημεία του πρωϊνού μας μπάνιου είναι η τάση που παρουσιάζει η κουρτίνα της μπανιέρας μας συνεχώς να έρχεται και να κολλάει επάνω μας. Αν και έχουν προταθεί αρκετές ιδέες για να εξηγήσουν το ενοχλητικό αυτό φαινόμενο, μόλις πρόσφατα φαίνεται ότι ότι μπόρεσε κάποιος να ελέγξει με μαθηματικό μοντέλο, τι ακριβώς συμβαίνει.

Η εργασία έγινε από τον David Schmidt, ειδικό σε θέματα προσομοίωσης των sprays, ο οποίος εργάζεται στο τμήμα μηχανικής για βιομηχανικές εφαρμογές του πανεπιστημίου της Massachusetts. Αυτός εφάρμοσε μεθόδους υπολογισμού με computer, που χρησιμοποιούνται στη δυναμική των ρευστών για να εξομοιώσει την πραγματική κατάσταση.

Η γενική άποψη που έχει η φυσική για το θέμα είναι ότι η κουρτίνα κινείται διότι από το εσωτερικό μέρος της κουρτίνας υπάρχει μικρότερη πίεση απ' ότι έξω απ' αυτήν. Το ερώτημα όμως είναι, με ποιο μηχανισμό δημιουργείται αυτή η μικρότερη πίεση.

Ο Schmidt έτρεξε το υπολογιστικό πρόγραμμα εξομοιώνοντας τη ροή του νερού από το ντους για διάρκεια 30 δευτερολέπτων και εξετάζοντας τα αποτελέσματα σε όλη την κουρτίνα την οποία το πρόγραμμα διαιρούσε σε 50.000 τομείς.

Η εξομοίωση έδειξε ότι δύο διαφορετικοί μηχανισμοί συνδυάζονται για να δημιουργήσουν την χαμηλή πίεση.

Ο ένας είναι το γνωστό φαινόμενο Bernoulli σύμφωνα με το οποίο η ταχεία ροή του αέρα συνοδεύεται και από μείωση της πίεσής του. Η ταχεία ροή του αέρα προκαλείται με τη σειρά της κοντά στην κεφαλή της ντουζιέρας από την γρήγορη κίνηση των υδροσταγόνων.

Λιγότερο γνωστό είναι όμως και ένα άλλο φαινόμενο που συμβαίνει, (το φαινόμενο της οδηγούμενης κοιλότητας ) σύμφωνα με το οποίο ένα σύνολο σταθερών στροβίλων δημιουργείται καθώς αέρας σπρώχνεται συνεχώς μέσα σε μια κοιλότητα. Στην περίπτωση του ντους, οι ίδιες οι σταγόνες του νερού σπρώχνουν τον αέρα αρκετά δυνατά και τον οδηγούν να κάνει κυκλικές κινήσεις κι έτσι οι στρόβιλοι αυτοί οδηγούν με τη σειρά τους σε χαμηλές πιέσεις ορισμένων περιοχών.

Το διπλανό σχήμα είναι ακριβώς προϊόν τέτοιων υπολογιστικών εξομοιώσεων και δείχνει πως δημιουργούνται οι στρόβιλοι.

Ο Schmidt λέει ότι ο καθένας μπορεί να παρακολουθήσει τον σχηματισμό των στροβίλων αρκεί ν' ανοίξει το ντους και να φυσήξει καπνό στο εσωτερικό μέρος της κουρτίνας από την επάνω πλευρά της.

Πηγή: physics4u


Παρασκευή, 25 Σεπτεμβρίου 2009

Δυο επιστημονικές ειδήσεις

Ευεργετική για τη μνήμη η εκμάθηση μουσικής


Τώρα που μόλις άρχισε η νέα σχολική χρονιά, είναι χρήσιμο οι γονείς να έχουν υπόψη τους ότι η εκμάθηση ενός μουσικού οργάνου είναι πολλαπλά ωφέλιμη για τη συμπεριφορά των παιδιών, την μνήμη και τη νοημοσύνη τους, σύμφωνα με μια βρετανική επιστημονική έρευνα.

Η μελέτη έγινε από ερευνητές του Ινστιτούτου Εκπαίδευσης του Πανεπιστημίου του Λονδίνου, με επικεφαλής τη Σούζαν Χάλαμ, σύμφωνα με τους «Τάιμς» του Λονδίνου. Η έρευνα διαπίστωσε, μεταξύ άλλων, ότι η εκμάθηση ενός μουσικού οργάνου μεγαλώνει την αριστερή πλευρά του εγκεφάλου, βελτιώνοντας την μνημονική ικανότητα ενός μαθητή κατά 20% περίπου.

Επίσης η μελέτη βρήκε ότι, με το πέρασμα του χρόνου, τα μαθήματα μουσικής αύξησαν αισθητά το δείκτη νοημοσύνης των παιδιών και μάλιστα περισσότερο (7 μονάδες) σε σχέση με άλλες δραστηριότητες, όπως τα μαθήματα θεατρικής εκπαίδευσης (4,3 μονάδες).

Αρκετές επιστημονικές έρευνες έχουν ήδη δείξει ότι το παίξιμο ενός μουσικού οργάνου βελτιώνει εν γένει τη συμπεριφορά ενός παιδιού μέσα στην κοινωνία. Σύμφωνα με τη βρετανίδα ερευνήτρια, αυτό συμβαίνει επειδή η μουσική εκπαίδευση σε μικρές ομάδες μουσικών απαιτεί την ανάπτυξη εμπιστοσύνης, αλληλοσεβασμού και πνεύματος συναίνεσης.

Η νέα μελέτη επισημαίνει την ανάγκη το κράτος να ενθαρρύνει τη δωρεάν μουσική παιδεία και να δώσει περισσότερες ευκαιρίες στους μαθητές να μάθουν ένα μουσικό όργανο.

Πηγή : Καθημερινή

Το γονίδιο του «άριστα»

Η επιτυχία ή η αποτυχία στις εξετάσεις ίσως να οφείλεται σε ένα και μόνο γονίδιο, αναφέρουν ειδικοί του Εθνικού Πανεπιστημίου της Ταϊβάν, στην Ταϊπέι. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι έφηβοι στην Ταϊβάν που έφεραν μια συγκεκριμένη μετάλλαξη στο γονίδιο CΟΜΤ εμφάνιζαν πολύ χαμηλότερες επιδόσεις σε εθνικές εξετάσεις, σε σύγκριση με συνομηλίκους τους που έφεραν διαφορετικές εκδόσεις του γονιδίου. Συγκεκριμένα, ο ΤσουνΓιεν Τσανγκ και οι συνεργάτες του συνέκριναν τις επιδόσεις 779 μαθητών- 314 αγοριών και 465 κοριτσιών- τεσσάρων σχολείων με την εκδοχή του γονιδίου CΟΜΤ που έφερε ο καθένας τους. Ανακάλυψαν ότι οι μαθητές που έφεραν δύο αντίγραφα μιας συγκεκριμένης μετάλλαξης (Μet-158) εμφάνισαν πολύ χειρότερες επιδόσεις σε σύγκριση με τους υπολοίπους και κυρίως όσους έφεραν δύο αντίγραφα της μετάλλαξης Val-158 σε διαφορετικά μαθήματα, όπως η Φυσική, οι Κοινωνικές Επιστήμες, τα Αγγλικά, τα Κινεζικά και η Εκθεση.
Πηγή : Το Βήμα

Τετάρτη, 23 Σεπτεμβρίου 2009

Ο επικεφαλής του CERN θέλει να κατασκευάσει και τον επόμενο μεγάλο γραμμικό επιταχυντή


Πριν καλά-καλά ξεκινήσει το ιστορικό πείραμα στον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων (LHC) στο CERN, κάτι που αναμένεται να γίνει μέσα στο Νοέμβριο, ο γενικός διευθυντής του κ. Ρολφ-Ντίτερ Χόιερ δήλωσε ότι θα καταβάλει προσπάθειες για να κατασκευαστεί στο CERN και ο μελλοντικός «γραμμικός επιταχυντής», το επόμενο μεγάλο πείραμα στον χώρο της σωματιδιακής φυσικής διεθνώς.
Όπως είπε ο κ. Χόιερ, σε συνέντευξή του στο «physicsworld.com», η δημιουργία του νέου μεγάλου επιταχυντή (γραμμικού πλέον και όχι κυκλικού όπως αυτός που υπάρχει σήμερα στο υπόγειο τούνελ μήκους 27 χλμ. κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα), εντάσσεται στα σχέδιά του να διεθνοποιήσει περαιτέρω το CERN.
Όμως για τον γραμμικό επιταχυντή, γνωστό και ως «CLIC», στον οποίο θα συγκρούονται ηλεκτρόνια και αντι-ηλεκτρόνια (ή ποζιτρόνια), αναμένεται σκληρός ανταγωνισμός από εναλλακτικές υποψηφιότητες για την φιλοξενία του, ιδίως από το αμερικανικό Fermilab, όπου βρίσκεται ο επιταχυντής Tevatron, ο κυριότερος
ανταγωνιστής του επιταχυντή αδρονίων του CERN.
Το CERN άρχισε ήδη να αναπτύσσει στα χαρτιά ένα μοντέλο του μελλοντικού γραμμικού επιταχυντή, ενώ ένα ανταγωνιστικό σχέδιο, γνωστό ως «Διεθνής Γραμμικός Επιταχυντής», ήδη αναπτύσσεται από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech).
Ο κ. Χόιερ (η θητεία του οποίου λήγει στο τέλος του 2013) επιβεβαίωσε ότι ο υπάρχων επιταχυντής αδρονίων θα επαναλειτουργήσει στα μέσα Νοεμβρίου φέτος, μετά την περυσινή σοβαρή βλάβη που τον έθεσε εκτός «μάχης» για πάνω από ένα χρόνο, και αφού μεσολάβησε η επισκευή ή αντικατάσταση 53 μαγνητών. Οι πρώτες συγκρούσεις σωματιδίων (πρωτονίων) θα αρχίσουν λίγες εβδομάδες αργότερα, προς
το τέλος του 2009 ή στις αρχές του 2010.
Οι πρώτες συγκρούσεις πρωτονίων θα γίνουν συντηρητικά, με ενέργεια μόλις 450 GeV ανά ακτίνα, πριν επιχειρηθούν σφοδρότερες συγκρούσεις με ενέργεια 3,5 TeV ανά ακτίνα. Σύμφωνα με τον κ. Χόιερ, ο επιταχυντής θα εργαστεί με αυτή την ενεργειακή ισχύ για αρκετούς μήνες και στη συνέχεια, αναλόγως και των ευρημάτων του, κάποια στιγμή μέσα στο 2010, οι συγκρούσεις σωματιδίων θα γίνουν ακόμα ισχυρότερες, στα 5 TeV ανά ακτίνα, δηλαδή συνολικά 10 ΤeV στο σημείο συνάντησης των δύο ακτινών από αντίθετη κατεύθυνση.
Μέσα στο 2011 και αν όλα έχουν πάει καλά, οι συγκρούσεις θα φτάσουν τη μέγιστη ενέργεια των 7 TeV ανά ακτίνα. Η μεγάλη ελπίδα της παγκόσμιας κοινότητας των φυσικών είναι ότι οι συγκρούσεις αυτές θα αποκαλύψουν το «μποζόνιο του Χιγκς» και άλλα «εξωτικά» σωματίδια ύλης.
Αν και ο σχεδιαζόμενος γραμμικός επιταχυντής θα λειτουργεί σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο σε σχέση με τον σημερινό επιταχυντή αδρονίων, θα είναι σε θέση να κάνει ακριβέστερες μετρήσεις, επειδή οι συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων θεωρούνται «καθαρότερες» σε σχέση με τις συγκρούσεις
πρωτονίων του LHC.
Μολονότι το CERN ιδρύθηκε το 1954 ως αμιγώς ευρωπαϊκή επιστημονική εγκατάσταση, επιτρέπει σε άλλες μη ευρωπαϊκές χώρες να γίνουν μέλη του και αρκετοί φυσικοί άλλων χωρών (ιδίως από τις ΗΠΑ) έχουν βοηθήσει σημαντικά στη δημιουργία του μεγάλου επιταχυντή αδρονίων.
Πηγή: Βήμα
Περισσότερα στο physicsworld.com.
Ακόμη παρακολουθήστε σε video μια συνέντευξη από το γενικό διευθυντή τουCERN.

Δευτέρα, 21 Σεπτεμβρίου 2009

Οι νόμοι και η καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων

Μια μικρή εισαγωγή στους νόμους των αερίων:
Οι νόμοι και η καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων


Και κάποια πειράματα:
Charles Law



Boyle's Law


Boyle's law 2



Τετάρτη, 16 Σεπτεμβρίου 2009

Ανάκλαση - Διάθλαση (video)

Όταν το φως που διαδίδεται σ' ένα μέσο συναντήσει τη διαχωριστική επιφάνεια ανάμε­σα σ' αυτό το μέσο διάδοσης και σ' ένα άλλο, τότε ένα μέρος του αλλάζει διεύθυνση και επιστρέφει στο αρχικό μέσο διάδοσης. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανάκλαση και διακρίνεται σε

Κατοπτρική ανάκλαση,

Διάχυση.

Η κανονική ( ή κατοπτρική ) ανάκλαση έχουμε όταν παράλληλες ακτίνες προσπίπτουν σε λεία επιφάνεια και ανακλώνται επίσης παράλληλα. Όταν οι ακτίνες μιας φωτεινής παράλληλης δέσμης πέ­σουν πάνω σε μια λεία και στιλπνή επιφάνεια (κάτο­πτρο), ανακλώνται. Οι ανακλώμενες ακτίνες εξακολου­θούν να είναι παράλληλες μεταξύ τους, όπως φαίνεται στο σχήμα. Η ανάκλαση αυτή ονομάζεται κατοπτρική α­νάκλαση.

Η διάχυση έχουμε όταν παράλληλες ακτίνες προσπίπτουν σε τραχιά επιφάνεια και ανακλώνται προς τυχαίες κατευθύνσεις. Στην περίπτωση όπου οι ακτίνες της φωτεινής παράλ­ληλης δέσμης πέσουν πάνω σε μια επιφάνεια η οποία έ­χει ανωμαλίες, οι ακτίνες που την αποτελούν ανακλώνται σε διάφορες κατευθύνσεις. Έτσι οι ανακλώμενες α­κτίνες δεν είναι πια παράλληλες μεταξύ τους. Η ανά­κλαση αυτή ονομάζεται διάχυση.

Νόμοι της ανάκλασης

α) Η προσπίπτουσα ακτίνα, η ανακλώμενη ακτίνα και η κά­θετος στην επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης βρίσκονται πάντα στο ίδιο επίπεδο.

β) Η γωνία ανάκλασης (θα) είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης (θπ), δηλαδή: θπ= θα

Δείτε το παρακάτω σχήμα:

Ανάκλαση από επίπεδο κάτοπτρο:
Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με την γωνία ανάκλασης (θ = θ΄)

Τώρα παρακολουθήστε το παρακάτω video







Διάθλαση :
Θεωρούμε δύο οπτικά μέσα στα οποία το φως διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα. Αν το φως περάσει από το ένα μέσο στο άλλο, ένα μέρος του ανακλάται και το υπόλοιπο διαθλάται, δηλαδή διαδίδεται στο δεύτερο μέσο με δια­φορετική διεύθυνση από την αρχική. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διάθλαση. Η γωνία που σχηματίζει η διαθλώμενη ακτίνα με την κάθετο στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων ονομάζεται γωνία διάθλασης (θδ).
Η σχέση που συνδέει τη γωνία πρόσπτωσης με τη γωνία διάθλασης, ως προς την κάθετο, στη διαχωριστική επιφάνεια είναι γνωστή ως "νόμος του Snell".
n_1sin\theta_1=n_2sin\theta_2 \,

Ορισμοί

  • Γωνία πρόσπτωσης χαρακτηρίζεται η σχηματιζόμενη γωνία από την διεύθυνση της ακτίνας με την κάθετο του σημείου πρόσπτωσής της.
  • Γωνία διάθλασης χαρακτηρίζεται η σχηματιζόμενη γωνία από την διαθλώμενη ακτίνα με την ίδια κάθετο του σημείου εισόδου στο διαπερατό μέσο. Όταν ακτίνες φωτός κινούνται από αραιότερο μέσον σε πυκνότερο η γωνία διάθλασης είναι πάντα μικρότερη της προσπίπτουσας. Το αντίθετο συμβαίνει από πυκνότερο σε αραιότερο μέσο.
  • Επίπεδο διάθλασης χαρακτηρίζεται το επίπεδο που ορίζεται από τη προσπίπτουσα και ανακλώμενη ακτίνα.
  • Κανονική διάθλαση ονομάζεται η εκτροπή μιας ακτίνας όταν περνάει από ένα μέσο σε άλλο που χωρίζονται μεταξύ τους από μια λεία επιφάνεια.
  • Δείκτης διάθλασης (index of refraction) χαρακτηρίζεται το μέτρο της εκτροπής (ή κάμψης) που υφίσταται μια ακτίνα διερχόμενη από ένα διαπερατό μέσον σε άλλο. Ορίζεται ως ο λόγος της ταχύτητας διάδοσης του φωτός "κενό" c \, προς την ταχύτητα διάδοσης στο υπό εξέταση διαπερατό μεσο u \,. Iσχύει δηλαδή
n=\frac{c}{u}

Από τον παραπάνω ορισμό φαίνεται πως ο δείκτης διάθλασης του κενού ισούται με τη μονάδα. Έτσι, στην περίπτωση όπου έχουμε μετάδοση ακτινοβλίας από το κενό σε ένα οπτικό μέσο με δείκτη διάθλασης n \,, ο τελευταίος μπορεί να οριστεί συναρτήσει των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης, \theta_1 \, και \theta_2 \, αντίστοιχα:

n=\frac{\sin \theta_1}{\sin \theta_2}

Κάθε διαπερατό σώμα (μέσον) έχει ιδιαίτερο δείκτη διάθλασης, που εξαρτάται από τα φυσικά χαρακτηριστικά του. Στην ιδιότητα αυτή στηρίζονται πολλοί έλεγχοι τροφίμων π.χ. του βουτύρου, καθώς το αγνό βούτυρο έχει άλλο δείκτη από εκείνο του νοθευμένου, όπως συμβαίνει και με διάφορα λάδια κ.α. υγρά.

Δείτε την εικόνα:

n1. Η ταχύτητα είναι μικρότερη στο δεύτερο μέσο (u2 <>
Διάθλαση του φωτός στην επιφάνεια μεταξύ δύο μέσων διαφορετικών δεικτών διάθλασης, με n2 > n1. Η ταχύτητα είναι μικρότερη στο δεύτερο μέσο (u2 < u1), οπότε και η γωνία διάθλασης θ2 είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης θ1 Σημείωση στο διάγραμμα η διακεκομμένη ευθεία, είναι η κάθετος, στην επιφάνεια πρόσπτωσης.


Δείτε ένα video:






Στο προηγούμενο video προσπαθεί και βρίσκει την ορική ή κρίσιμη γωνία.

Κρίσιμη γωνία ή οριακή

Όταν το φως διέρχεται από ένα πυκνότερο σε ένα αραιότερο μέσο τότε η γωνία πρόσπτωσης μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο. Όταν η γωνία πρόσπτωσης ξεπεράσει μια κρίσιμη τιμή (η οποία εξαρτάται από τα μέσα από τα οποία διέρχεται το φως) τότε δεν υπάρχει εξερχόμενη από το μέσο ακτίνα φωτός. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ολική ανάκλαση του φωτός. Στην εικόνα που ακολουθεί μπορούμε να παρατηρήσουμε αυτό ακριβώς το φαινόμενο. Ακτίνες φωτός ξεκινάνε μέσα από το νερό και κατευθύνονται προς τον αέρα. Όταν οι ακτίνες φωτός έχουν γωνία πρόσπτωσης που δεν ξεπερνάει αυτήν την κρίσιμη τιμή, τότε βλέπουμε και την εξερχόμενη ακτίνα. Όταν όμως φτάσουμε ή ξεπεράσουμε αυτήν την τιμή, δεν υπάρχει εξερχόμενη ακτίνα.

Κρίσιμη ή οριακή γωνία ονομάζουμε την τιμή της γωνίας πρόσπτωσης για την οποία η διαθλώμενη κινείται παράλληλα στη διαχωριστική επιφάνεια

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Όταν η φωτεινή ακτίνα μεταβαίνει από οπτικά πυκνότερο σώμα σε αραιότερο, αλλά η γωνία προσπτώσεως είναι μεγαλύτερη μιας τιμής, εξαρτώμενης από τη φύση των δύο μέσων (ορική γωνία), τότε ανακλάται ολικώς.

Πηγές:
1. http://www.clab.edc.uoc.gr/seminar/heraklio/optic/index.htm
2. Παναγιωτακόπουλος,Γ. ,Μαθιουδάκης Γ., (2009),Φυσική Γ΄Λυκείου,Εκδ. Σαββάλας
3. wikipedia
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Refraction

Τρίτη, 8 Σεπτεμβρίου 2009

Πειράματα με Στατικό Ηλεκτρισμό

Παρουσίαση της ερώτησης 9 σελίδα 44 του σχολικού βιβλίου Φυσικής Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου.



Δείτε την εξήγηση εδώ

Φτιάξτε το δικό σας ηλεκτροσκόπιο με απλά υλικά.
Τι θα χρειαστείτε φαίνεται στο παρακάτω video.


Και δείτε και ένα ηλεκτροσκόπιο

Ηλέκτριση με τριβή

Από το αξιόλογο site διδακτικής της Φυσικής του Ανδρέα Ιωάννη Κασσέτα

Το φαινόμενο ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΜΕ ΤΡΙΒΗ

Για τη διδασκαλία των φαινομένων ΕΛΞΗ, ΑΠΩΣΗ και ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΜΕ ΤΡΙΒΗ θεωρούμε ΑΝΑΓΚΑΙΟ «να πιάσουν με τα χέρια τους» οι διδασκόμενοι τα αντικείμενα, να αποπειραθούν να κρεμάσουν το ραβδάκι 1 – στην οριζόντια ράβδο που θα έχουμε φροντίσει να υπάρχει - με κλωστή ώστε αυτό να διατηρείται οριζόντιο, να τρίψουν τα ραβδάκια αρκετά με μάλλινο ή με μεταξωτό κομμάτι υφάσματος να το πλησιάσουν το ραβδάκι 2 στο ραβδάκι 1 ώστε να διακρίνουν ( ή να μην διακρίνουν και να ξαναδοκιμάσουν ) την έλξη ή την άπωση, να καταγράψουν στο φύλλο εργασίας ή στο τετράδιο, σε ξεχωριστές στήλες, α. τα γεγονότα και β. την περιγραφή τους με εργαλείο τις έννοιες θετικό και ηλεκτρικό φορτίο.

Η δράση πάνω στα αντικείμενα και η ενδεχόμενη επιτυχία του εγχειρήματος δημιουργεί στον διδασκόμενο ΑΠΟΛΑΥΣΗ, γεγονός διόλου ασήμαντο για τη διδασκαλία μας

Το ΚΑΛΑΜΑΚΙ με το οποίο ρουφάμε την πορτοκαλάδα προσφέρεται να είναι ο ΠΡΩΤΑΓΩΝΙΣΤΗΣ. Το βρίσκεις εύκολα, φορτίζεται εύκολα, κρεμιέται εύκολα και πάνω απ’ όλα «συγκινείται» εύκολα, τίθεται δηλαδή σε κίνηση με μικρή δύναμη έχει , όπως λένε οι φυσικοί, – σε σχέση με αντίστοιχα ραβδάκια - μικρή αδράνεια.

Μπορεί όμως να προκύψουν και ερωτήματα όπως

«Γιατί πρέπει το γυάλινο ραβδί να το τρίψουμε με μεταξωτό ύφασμα για να εκδηλωθεί το θετικό φορτίο; Αν το τρίψουμε με μάλλινο ή με τα μαλλιά τα δικά μας τι είδους φορτίο θα εκδηλωθεί ;»

« τι είδους φορτίο εκδηλώνεται στο αμάξωμα του αυτοκινήτου όταν τρέχει ;»

« τι είδους φορτίου θα αποκτήσει το καλαμάκι αν το τρίψουμε με πλαστική σακούλα;»

« τι είδους φορτίου εκδηλώνεται όταν κάποιος χαϊδεύει τα μαλλιά μιας κοπέλας;»

Αν θέλουμε απαντήσεις χρειάζεται να συμβουλευτούμε την τριβοηλεκτρική κλίμακα. Όχι για να την διδάκουμε στους μαθητές μας αλλά για να έχουμε μια ευρύτερη γνώση.

Η τριβοηλεκτρική κλίμακα

Τα «πάνω» δίνουν ηλεκτρόνια

στα «από κάτω τους» .

Αέρας

+++

ανθρώπινο χέρι

δέρματα

γούνα κουνελιού

γυαλί

χαλαζίας, quartz

ανθρώπινη τρίχα

μίκα

νάιλον

μαλλί

μόλυβδος

γούνα γάτας

μετάξι

αλουμίνιο

χαρτί

βαμβάκι


ατσάλι

ξύ λο

-

- - -

πλεξιγλάς

βουλοκέρι

κεχριμπάρι

πολυστυρένιο , καλαμάκι

μπαλόνι

ρητίνη

σκληρό καουτσούκ

νικέλιο

χαλκός

θειάφι

ασήμι

ορείχαλκος

συνθετικό καουτσούκ

χρυσάφι

ρεγιόν, τεχνητό μετάξι

πολυεστέρας

ζελατίνα, celluloid

Polystyrene

ορλόν, ακρυλικές ίνες

πολυουρεθάνη

σελοφάν

αφρολέξ

πολυαιθυλένιο, σελοτέιπ

πολυπροπυλένιο

βινύλιο, PVC

σιλικόνη

τεφλόν

εβονίτης

Στο πάνω μέρος ο αέρας, το ανθρώπινο χέρι, το δέρματα ζώων, η γούνα κουνελιού και το γυαλί, υλικά καθένα από οποία – αν τριφτεί με κάποιο από τα «κάτω από αυτό στην κλίμακα» - εκδηλώνει ΘΕΤΙΚΟ φορτίο.

Σε θεώρηση Μικρόκοσμου καθένα από τα υλικά αυτά αποδίδει ηλεκτρόνια στο άλλο υλικό

- ευρισκόμενο κάτω από αυτό στην κλίμακα - με το οποίο τρίβεται.

Καθώς κατεβαίνουμε συναντάμε τα υλικά μέχρι και το χαρτί τα οποία -τριβόμενα με τα κάτω από αυτά - εκδηλώνουν, όλο και πιο δύσκολα -καθώς «κατηφορίζουμε» - ΘΕΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ.

Τα κάτω από το βαμβάκι ατσάλι και πλεξιγκλάς υλικά - τριβόμενα με κάποιο από τα υπερκείμενα στην κλίμακα - εκδηλώνουν δύσκολα ΑΡΝΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ. Καθώς «κατηφορίζουμε» συναντάμε υλικά τα οποία -τριβόμενα με τα με κάποιο από τα υπερκείμενα – εκδηλώνουν, όλο και πιο εύκολα, ΑΡΝΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ.

Σε θεώρηση Μικρόκοσμου καθένα από τα υλικά αυτά προσλαμβάνει ηλεκτρόνια από το σώμα – υπερκείμενο - με το οποίο τρίβεται.

1. Ένας αποτελεσματικός τρόπος – όχι βέβαια ο μοναδικός – για να φορτίσουμε ΘΕΤΙΚΑ ένα γυάλινο αντικείμενο είναι να το τρίψουμε με μάλλινο ύφασμα ή με μεταξωτό. Η επιλογή ΜΕΤΑΞΩΤΟ είναι η καλύτερη.

2.Για να φορτίσουμε ΑΡΝΗΤΙΚΑ το κεχριμπάρι ένας αποτελεσματικός τρόπος είναι να το τρίψουμε με γούνα, με μάλλινο ύφασμα αλλά και με το χέρι μας. Η επιλογή ΓΟΥΝΑ είναι η καλύτερη. Το κεχριμπάρι είναι απολιθωμένο ρετσίνι δέντρων.

Image:Gouttes-drops-resine-2.jpg

Για πολλούς αιώνες, οι Έλληνες το έλεγαν ΗΛΕΚΤΡΟΝ. Άρχισαν να το λένε «κεχριμπάρι» τότε που ζούσαν στην Οθωμανική αυτοκρατορία και υιοθέτησαν την τουρκική ονομασία KEHRIBAR. Κάτι ανάλογο βέβαια έκαναν με το καρπούζι, με το φουντούκι, με το ταβάνι, με το ντουβάρι, με το καζάνι και με ένα σωρό λέξεις της καθημερινής ζωής. Αντίστοιχα και οι Τούρκοι δανείστηκαν λέξεις από τους Έλληνες.

Image:Insects in baltic amber.jpg ΚΕΧΡΙΜΠΑΡΙ

3. Όταν τρέχει το αυτοκίνητο, φορτίζεται από την επαφή με τον αέρα. Το ηλεκτρικό φορτίο στην επιφάνεια του αυτοκινήτου είναι πάντα ΑΡΝΗΤΙΚΟ.

4. Στη βάση της κλίμακας βρίσκεται ο ΕΒΟΝΙΤΗΣ. Είναι σαν σκληρό καουτσούκ. Με αυτόν φτιάχνουν τις μπάλες του μπόουλινγκ καθώς και τα επιστόμια στα σαξόφωνα. Με οποιοδήποτε υλικό – εκτός από βαμβάκι - και να τον τρίψουμε τον εβονίτη εκδηλώνει εύκολα αρνητικό φορτίο. Εκδηλώνει έντονη προθυμία να δεχθεί ηλεκτρόνια. Στο σχολικά εργαστήρια υπάρχουν συνήθως ράβδοι εβονίτη που προσφέρονται για την εκδήλωση αρνητικού φορτίου. Κάτι ανάλογο ισχύει και με το τεφλόν.

ΕΒΟΝΙΤΗΣ

Κατά το τρίψιμο, καθώς τα δύο σώματα έρχονται σε επαφή, σε τμήματα των δύο

επιφανειών, δημιουργείται χημικός δεσμός. Πρόκειται για τη λεγόμενη

«συνάφεια» κατά την οποία ηλεκτρικό φορτίο μεταφέρεται από το ένα

σώμα στο άλλο ώστε να βρεθούν σεισορροπία τα ηλεκτροχημικά δυναμικά

animation of walking on carpet (18k)