Глава 2. Электрические явления. § 27. Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел — с. 102
§ 27. Вопрос 1. Как при помощи листочков бумаги обнаружить, наэлектризовано ли тело?
Нужно поднести тело к маленьким листочкам (кусочкам) бумаги. Если тело наэлектризовано, оно притянет к себе листочки бумаги, так как наэлектризованные тела притягивают лёгкие предметы. Если листочки не реагируют на тело, то оно не наэлектризовано (или заряжено очень слабо). Например, потёртая о бумагу стеклянная палочка притягивает мелкие кусочки бумаги, а непотёртая — нет.
§ 27. Вопрос 2. Как взаимодействуют друг с другом две одинаковые палочки, наэлектризованные одинаковым способом?
Две одинаковые палочки, наэлектризованные одним и тем же способом (например, две эбонитовые палочки, потёртые о шерсть), приобретают заряды одного знака и поэтому отталкиваются друг от друга. Это можно увидеть, подвесив одну палочку на нити и поднеся к ней другую: подвешенная палочка поворачивается, отталкиваясь от неподвижной.
§ 27. Вопрос 3. Сколько видов электрических зарядов существует в природе?
Какие опыты это подтверждают?
В природе существует два рода (вида) электрических зарядов: положительные и отрицательные. Условились считать, что стеклянная палочка, потёртая о шёлк, имеет положительный заряд, а эбонитовая, потёртая о мех, — отрицательный. Опыты: две наэлектризованные эбонитовые палочки отталкиваются друг от друга (рис. 54), так же отталкиваются две стеклянные палочки; а подвешенная эбонитовая палочка притягивается к наэлектризованной стеклянной (рис. 55). Значит, наэлектризованные тела делятся на две группы: внутри группы тела отталкиваются, а тела из разных групп притягиваются, то есть зарядов именно два вида.
§ 27. Вопрос 4. Как взаимодействуют тела, имеющие заряды одного знака; разного знака?
Тела, имеющие электрические заряды одного знака (оба положительных или оба отрицательных), взаимно отталкиваются. Тела, имеющие заряды противоположного знака (одно положительное, другое отрицательное), взаимно притягиваются.
§ 27. Дополнительный вопрос 1. Если ножовкой распиливать лист плексигласа или полистирола, то опилки, образующиеся в процессе распилки, прилипают к ножовке. Как можно объяснить это явление?
При трении ножовки о пластмассу (плексиглас, полистирол) происходит электризация: и ножовка, и пластик, и образующиеся опилки приобретают электрические заряды. Опилки заряжаются зарядом, противоположным по знаку заряду ножовки (при электризации трением электризуются оба тела, причём заряды у них разных знаков). Разноимённо заряженные тела притягиваются, поэтому мелкие опилки притягиваются к ножовке и прилипают к ней. Кроме того, заряженная ножовка притягивает и незаряженные лёгкие кусочки.
§ 27. Дополнительный вопрос 2. На тонких шёлковых нитях подвешены два одинаковых шарика: один заряженный, второй незаряженный. Предложите способ определения, какой шарик заряжен, а какой нет.
Способ 1. Поднести к каждому шарику по очереди мелкие кусочки бумаги или пушинки: заряженный шарик притягивает их, незаряженный — нет.
Способ 2. Наэлектризовать палочку (например, эбонитовую, потёртую о мех) и поднести её по очереди к каждому шарику. Шарик, который отталкивается от палочки, заряжен (одноимённо с палочкой). Если же оба шарика притягиваются, то отталкивание проверяют другой палочкой с зарядом противоположного знака (стеклянной, потёртой о шёлк): отталкиваться будет тот же заряженный шарик.
Способ 3. Поднести шарики друг к другу, не касаясь: они притягиваются (заряженный притягивает незаряженный). Затем коснуться заряженным шариком незаряженного: после касания заряд делится между шариками, и они отталкиваются.
Оговорка: притяжение к палочке бывает и у незаряженного лёгкого шарика, поэтому надёжным признаком заряда служит именно отталкивание.
Способ 2. Наэлектризовать палочку (например, эбонитовую, потёртую о мех) и поднести её по очереди к каждому шарику. Шарик, который отталкивается от палочки, заряжен (одноимённо с палочкой). Если же оба шарика притягиваются, то отталкивание проверяют другой палочкой с зарядом противоположного знака (стеклянной, потёртой о шёлк): отталкиваться будет тот же заряженный шарик.
Способ 3. Поднести шарики друг к другу, не касаясь: они притягиваются (заряженный притягивает незаряженный). Затем коснуться заряженным шариком незаряженного: после касания заряд делится между шариками, и они отталкиваются.
Оговорка: притяжение к палочке бывает и у незаряженного лёгкого шарика, поэтому надёжным признаком заряда служит именно отталкивание.
§ 27. Дополнительный вопрос 3. Объясните электризацию волос (см. рис. на с. 100). [на рисунке: волосы мальчика стоят дыбом, расходятся в стороны]
При расчёсывании пластмассовой расчёской (или при снятии шерстяного свитера, головного убора) волосы электризуются трением: на каждом волоске появляется заряд одного и того же знака, а на расчёске (свитере) — заряд противоположного знака. Волосы, имеющие заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, поэтому они расходятся в стороны и встают дыбом. К расчёске же, заряженной противоположно, волосы притягиваются и прилипают к ней. Сухой воздух усиливает эффект, так как заряд с волос не стекает.
Упражнение 22. Задача 1. На рисунке 56 показано взаимодействие заряженных тел. Найдите ошибки в рисунке и исправьте их. (рис. 56) [на рисунке: пять строк а)—д), в каждой слева и справа по шарику; стрелки показывают направление действия силы на шарик. а) «+» со стрелкой вправо и «−» со стрелкой влево; б) «+» со стрелкой вправо и «+» со стрелкой влево; в) «−» со стрелкой влево и «+» со стрелкой вправо; г) «−» со стрелкой влево и «−» со стрелкой вправо; д) незаряженный шарик без стрелки и «+» со стрелкой вправо]
Правило: одноимённые заряды отталкиваются (стрелки направлены от тела), разноимённые притягиваются (стрелки направлены к другому телу).
а) Заряды «+» и «−» — притяжение; стрелки направлены друг к другу. Ошибки нет.
б) Два положительных заряда должны отталкиваться, а стрелки направлены друг к другу, как при притяжении. Ошибка: стрелки нужно развернуть в противоположные стороны (левая — влево, правая — вправо).
в) Заряды «−» и «+» разноимённые, значит, они притягиваются, а стрелки показывают отталкивание. Ошибка: стрелки нужно развернуть так, чтобы они были направлены навстречу друг другу.
г) Два отрицательных заряда отталкиваются, стрелки направлены в стороны. Ошибки нет.
д) Шарик слева не заряжен, и электрического взаимодействия между ним и заряженным шариком нет (по крайней мере на уровне этого параграфа), поэтому стрелка у шарика «+» ошибочна: её нужно убрать.
Оговорка: на самом деле лёгкий незаряженный шарик слабо притягивается к заряженному из-за электризации через влияние; в таком случае стрелка у «+» была бы направлена влево, к нейтральному шарику, а не вправо. В любом случае стрелка вправо неверна.
а) Заряды «+» и «−» — притяжение; стрелки направлены друг к другу. Ошибки нет.
б) Два положительных заряда должны отталкиваться, а стрелки направлены друг к другу, как при притяжении. Ошибка: стрелки нужно развернуть в противоположные стороны (левая — влево, правая — вправо).
в) Заряды «−» и «+» разноимённые, значит, они притягиваются, а стрелки показывают отталкивание. Ошибка: стрелки нужно развернуть так, чтобы они были направлены навстречу друг другу.
г) Два отрицательных заряда отталкиваются, стрелки направлены в стороны. Ошибки нет.
д) Шарик слева не заряжен, и электрического взаимодействия между ним и заряженным шариком нет (по крайней мере на уровне этого параграфа), поэтому стрелка у шарика «+» ошибочна: её нужно убрать.
Оговорка: на самом деле лёгкий незаряженный шарик слабо притягивается к заряженному из-за электризации через влияние; в таком случае стрелка у «+» была бы направлена влево, к нейтральному шарику, а не вправо. В любом случае стрелка вправо неверна.
Упражнение 22. Задача 2. Рассмотрите рисунок 57. Считая, что тело 1 заряжено, определите знак его заряда в каждом случае. (рис. 57) [на рисунке: четыре строки а)—г), слева тело 1 (шарик с «?»), справа тело 2 с известным знаком; стрелки показывают направление действия силы. а) тело 1 со стрелкой вправо, тело 2 «+» со стрелкой влево; б) тело 1 со стрелкой вправо, тело 2 «−» со стрелкой влево; в) тело 1 со стрелкой влево, тело 2 «+» со стрелкой вправо; г) тело 1 со стрелкой влево, тело 2 «−» со стрелкой вправо]
Если стрелки направлены навстречу друг другу, тела притягиваются, и их заряды противоположны по знаку. Если стрелки направлены в стороны, тела отталкиваются, и заряды одинаковы по знаку.
а) Тело 1 сдвигается вправо (к телу 2), тело 2 — влево: притяжение. Тело 2 заряжено положительно, значит, тело 1 — отрицательно.
б) Притяжение; тело 2 отрицательно, значит, тело 1 заряжено положительно.
в) Тело 1 движется влево, тело 2 — вправо: отталкивание. Тело 2 положительно, значит, и тело 1 заряжено положительно.
г) Отталкивание; тело 2 отрицательно, значит, тело 1 заряжено отрицательно.
Ответ: а) −; б) +; в) +; г) −.
а) Тело 1 сдвигается вправо (к телу 2), тело 2 — влево: притяжение. Тело 2 заряжено положительно, значит, тело 1 — отрицательно.
б) Притяжение; тело 2 отрицательно, значит, тело 1 заряжено положительно.
в) Тело 1 движется влево, тело 2 — вправо: отталкивание. Тело 2 положительно, значит, и тело 1 заряжено положительно.
г) Отталкивание; тело 2 отрицательно, значит, тело 1 заряжено отрицательно.
Ответ: а) −; б) +; в) +; г) −.