Elektrostatické kyvadlo

Kope vás všetko naokolo? Rámy dverí či elektrospotrebiče? Lepia sa vám vlasy na hrebeň pri česaní? Vstávajú vám vlasy dupkom? Ak to nie je od strachu, máme vinníka. Je ním elektrostatika. Jarné suché a ešte relatívne chladné počasie je na pokusy s ňou ako stvorené. Rozhýbeme sa pomocou náboja.

Elektrostatické pokusy dobre fungujú za suchého a bezveterného počasia vo vyvetranej miestnosti.

Pomôcky

Alobal, nitka, balón, nožnice, dve plechovky, polystyrén, merino (jemná vlna)

Postup

Z polystyrénu vytvoríme guľôčku a tú obalíme alobalom. Vytvoríme tak akúsi alobalovú guľôčku. Guľôčka je ľahká a na povrchu vďaka alobalu vodivá, takže bude dobre prenášať náboj. Balón nabitý trením o merino (prípadne iný materiál) bude guľôčku priťahovať.

Guľôčku zavesíme na nitku a upevníme ju niekde tak, aby voľne visela nad povrchom. Potom uložíme obe plechovky asi jeden centimeter od guľôčky, každú na inú stranu. Jednu plechovku podložíme polystyrénom a druhú necháme položenú priamo na stole. Teraz by sme mali mať guľôčku zavesenú vo vzduchu medzi dvomi plechovkami. Mala by tam byť bez pohybu, aspoň pri prvom teste pokusu.

Realizácia

Plechovku na polystyréne nabijeme pomocou balóna tak, že nabitý balón priložíme k plechovke, ktorej sa dotýkame druhou rukou. Ruku odtiahneme skôr ako balón. Ak sa nám na plechovku okrem guľôčky nalepila aj nitka, je dobré jej pomôcť a rukou ju odlepiť, pričom sa vyhýbame kontaktu s guľôčkou.

Pozorovanie

Guľôčka začne poskakovať a kmitať medzi plechovkou na polystyréne a plechovkou na stole. Vytvorí akési dočasné kyvadlo, ktoré funguje len niekoľko kmitov. Ak chceme pokus zopakovať, môžeme znova nabiť plechovku na polystyréne už opísaným spôsobom. Po viacerých opakovaniach však klesá počet kmitov. Plechovku, ktorá je na stole, uchopíme do ruky a uzemníme, zbavíme ju náboja. Takto môžeme pokus znova opakovať.

Vysvetlenie

Keď trieme balón o vlnu, týmto mechanickým trením presúvame elektróny z vlny na balón. Priložením balóna k plechovke sa plechovka na polystyréne nabije. Balón nie je vodivý materiál, tak ako je možné, že nabije plechovku? Práve preto prikladáme k plechovke našu druhú ruku. Balón je nabitý záporne, a teda všetky záporne nabité častice vo vodivej plechovke sa snažia od neho utiecť. Ak k plechovke priložíme ruku, časť nábojov prejde do nášho tela a plechovka zostane nabitá kladne. Preto musíme najskôr odtiahnuť ruku, až potom balón. Keby sme to spravili opačne, náboje sa stihnú vrátiť späť na plechovku.

Teraz však máme jednu plechovku nabitú kladne, guľôčku a nenabitú plechovku na druhej strane. Keďže povrch guľôčky je vodivý, časť záporných nábojov na jej povrchu sa presunie smerom ku kladne nabitej plechovke a guľôčka sa k nej pritiahne. Tam odovzdá časť svojich elektrónov plechovke a stane sa z nej kladne nabitá guľôčka, ktorá sa od kladne nabitej plechovky odtiahne. Naopak, pritiahne sa k plechovke na stole. Tá jej odovzdá časť svojich elektrónov, takže guľôčka opäť získa elektróny, ktoré následne odovzdá kladne nabitej plechovke. Takto sa to zopakuje niekoľkokrát, kým nie je náboj na plechovke taký slabý, že nedokáže pritiahnuť ani ľahkú guľôčku z polystyrénu.

Bonus

Balón trieme o vlnený sveter a potom ho dáme na strop miestnosti. Balón tam prekvapivo zostane ako prilepený. Za ideálnych podmienok tam takto môže vydržať aj niekoľko hodín. Pohľadajte ideálnu kombináciu balóna a materiálu, o ktorý ho budete trieť, aby vám na strope vydržal čo najdlhšie.

Autorka článku a foto: PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Ak experiment vyskúšate, svoje realizácie môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.