Đũa Phép Thuật? Không, Chỉ Là Vật Lý Cổ Điển

Xem điều này. Nó trông giống như một cây đũa phép khiến mọi thứ nổi lên, nhưng đó chỉ là vật lý thôi. Tôi đoán đó là điều làm cho những loại đồ chơi như thế này trở nên thú vị. Chúng làm những điều mà đi ngược lại với trải nghiệm hàng ngày của chúng ta. Thông thường, đồ vật không chỉ đơn giản nằm ở không khí như vậy.

Nhưng nó hoạt động như thế nào? Câu trả lời là một tương tác cơ bản trong tự nhiên - lực Coulomb (còn được gọi là lực điện tĩnh). Lực Coulomb là sự tương tác giữa hai điện tích điện. Nó có vẻ như một định nghĩa vòng tròn, vì bạn vẫn phải định nghĩa một điện tích điện. Tôi chỉ muốn nói rằng hai điện tích điện phổ biến nhất ở mọi nơi - chúng là electron (điện tích âm) và proton (điện tích dương). Cùng với neutron, ba hạt này tạo ra hầu hết mọi thứ bạn thấy trong cuộc sống hàng ngày.

Đối với lực Coulomb, nếu hai điện tích trái dấu (âm và dương), có một lực hấp dẫn giữa chúng. Nếu hai điện tích có cùng dấu, lực này là lực đẩy (nghĩa là nó đẩy đi, không phải là nó ghê tởm). Còn một phần quan trọng khác của lực Coulomb. Khi các điện tích cách xa nhau, lực giữa chúng giảm đi. Điều đó có nghĩa là những điện tích ở gần nhau sẽ có một lực rất lớn (hoặc hấp dẫn hoặc đẩy ra).

Nếu lực Coulomb có thể mạnh đến vậy, tại sao chúng ta không luôn thấy nó như một tương tác giữa các đối tượng? Bởi vì gần như mọi thứ đều được tạo ra từ cả electron và proton, các đối tượng thường có số lượng gần như bằng nhau về hai loại điện tích này. Tổng tương tác net giữa hai đối tượng có nhiều điện tích thường có xu hướng là khoảng zero Newton.

Nhưng bạn sẽ không thực sự hiểu về tương tác Coulomb trừ khi bạn chơi với nó. Vì vậy hãy làm điều đó trước khi chúng ta quay lại với cây đũa phép. Đối với thí nghiệm này, bạn sẽ cần hai vật liệu khác nhau để cọ. Tôi sẽ sử dụng một ống PVC nhỏ và một phần của cốc nhựa. Khi những vật liệu này được cọ, điện tích chuyển từ một vật liệu sang vật liệu khác. Kết quả là một trong số chúng có thêm electron và vật còn lại thiếu một số electron. Vật liệu có thêm electron sẽ có điện tích âm net và vật khác sẽ có điện tích dương.

Nếu tôi treo cốc nhựa từ một sợi dây, tôi có thể thấy sự tương tác giữa hai đối tượng.

Lưu ý rằng chúng hấp dẫn nhau vì chúng có điện tích trái dấu. Cũng chú ý rằng không có nhiều tương tác cho đến khi hai đối tượng đến gần nhau sao cho lực Coulomb đủ mạnh. Tôi nên chỉ ra rằng không dễ dàng để xác định đối tượng nào là tích cực và đối tượng nào là âm. Có một cách, nhưng bây giờ hãy chỉ nói rằng PVC là dương và nhựa là âm.

Bây giờ tôi có thể lấy một mảnh khác của cốc nhựa và cọ nó bằng ống PVC cùng loại. Điều gì xảy ra khi tôi đưa hai mảnh nhựa lại gần nhau?

Chúng đẩy lùi nhau. Chúng ta đang tiến triển. Bây giờ là một thí nghiệm nữa. Điều gì xảy ra nếu tôi treo một đối tượng trung tính từ sợi dây và đưa ống PVC tích điện dương đến? Trong trường hợp này, tôi đang sử dụng một ít lá nhôm nhỏ. Đây là điều bạn sẽ nhận được.

Bạn sẽ thấy hai điều xảy ra. Đầu tiên, nhôm (không có điện tích net) bị hấp dẫn bởi ống PVC tích điện dương. Sau khi kim loại tiếp xúc với PVC, nó bị đẩy lùi. Khá tuyệt vời. Nhưng tại sao? Tại sao một mảnh nhôm trung tính lại hấp dẫn và sau đó bị đẩy lùi bởi ống PVC tích điện dương? Để trả lời câu hỏi này, tôi cần vẽ một biểu đồ để đại diện cho các điện tích trong hai đối tượng. Rõ ràng tôi không vẽ tất cả các điện tích (đó sẽ là quá nhiều). Tôi chỉ sẽ vẽ một số điện tích dư. Đây là kim loại trung tính của tôi và ống PVC dương.

Lưu ý rằng kim loại VẪN còn trung tính. Tuy nhiên, trong một kim loại, một số electron có thể tự do di chuyển theo ý muốn của họ. Tất nhiên electron thực sự không mong muốn bất cứ điều gì - họ chỉ là electron. Những electron di chuyển này trải qua một lực hấp dẫn từ các điện tích dương trên ống PVC và do đó di chuyển về phía bên phải của kim loại (như trong biểu đồ). Vì kim loại trung tính, sự di chuyển của electron về bên phải tạo ra một số điện tích dương không ghép cặp ở bên trái.

Sự phân ly điện tích này quan trọng. Ngay cả khi kim loại vẫn còn trung tính, sắp xếp của các điện tích có nghĩa là kim loại sẽ bị hấp dẫn bởi ống PVC tích điện dương. Các điện tích âm bị hấp dẫn vào PVC và các điện tích dương bị đẩy lùi. Mặc dù có một số điện tích dương và âm bằng nhau, các điện tích âm gần PVC hơn. Vì chúng gần nhau, lực hấp dẫn lớn hơn so với lực đẩy từ điện tích dương - hãy nhớ rằng lực Coulomb giảm theo khoảng cách. Vì vậy, tổng cộng kim loại trung tính bị hấp dẫn đến ống PVC dương.

Điều tiếp theo sẽ khiến bạn kinh ngạc. Thực tế, không, nó sẽ không - tôi chỉ muốn nói thế. Quay lại, vì kim loại bị hấp dẫn bởi ống PVC, nó cuối cùng tiếp xúc. Một khi kim loại tiếp xúc với PVC, một số electron trên kim loại có thể di chuyển lên PVC. Bây giờ có nhiều điện tích dương hơn là điện tích âm trên kim loại. Đoán xem? Các lực hấp dẫn từ các điện tích âm còn lại không đủ để vượt qua các lực đẩy từ tất cả các điện tích dương. Bây giờ kim loại di chuyển ra xa ống PVC tích điện dương.

Bây giờ quay lại với cây đũa phép. Nếu cây đũa có điện tích tích điện dương tổng cộng, tơ nhẹ có thể làm điều tương tự như lá nhôm kim loại. Sự khác biệt duy nhất là rằng tơ có khối lượng thấp đến mức lực đẩy điện làm cho nó lớn hơn lực trọng trường hút xuống và tơ trở nên nổi lên.

Nhưng làm thế nào cây đũa "thần kỳ" có được điện tích dương (hoặc âm - có thể là bất kỳ hướng nào)? Theo cách đơn giản, đó là một máy phát điện Van de Graaff nhỏ. Thiết bị này có một băng tải quay nội tại. Băng tải này đi qua gần nguồn điện áp, làm cho nó lấy một lượng nhỏ điện tích dương dư thừa. Băng tải sau đó di chuyển vào bên trong một quả cầu kim loại rỗng, ở đó lượng điện tích dư thừa có thể rời khỏi băng tải và "tích điện" quả cầu. Ý tưởng chính ở đây là điện tích dư thừa luôn kết thúc ở bề mặt kim loại vì chúng muốn gần các điện tích tương tự khác. Hãy nhớ, các điện tích tương tự đẩy lùi nhau.

Tổng thể, đó là một phương pháp rất sáng tạo để tạo ra một đối tượng mang điện tích. Nhưng hãy tự hỏi, nếu cây đũa phép tích điện dương, điện tử dư thừa sẽ đi đâu để làm cho toàn bộ vật thể tích điện dương? Câu trả lời là bạn. Các điện tử dư thừa di chuyển vào cơ thể bạn thông qua tiếp xúc vật lý với cây đũa. Nếu bạn có một trong những đồ chơi này, bạn nên thử thực hiện thí nghiệm sau. Hãy thử sử dụng cây đũa trong khi đeo găng tay cao su. Cao su là chất cách điện, điều đó có nghĩa là điện tích không thể dễ dàng đi qua nó. Điều đó có nghĩa là các điện tử sẽ bị kẹt trên cây đũa cùng với điện tích dương. Điều đó sẽ làm cho cây đũa phép không còn phép màu.

Những điều tuyệt vời khác từ MYTOUR

• Làm thế nào Corning sản xuất kính siêu tinh khiết cho cáp quang
• Ý tưởng về ô tô đi bộ của Hyundai làm mới lại bánh xe
• Hãy đầu hàng cho bóng tối (chế độ)
• Phép màu thay đổi cuộc sống của việc tối ưu hóa bản thân đỉnh điểm
• XR là gì và làm thế nào để có được nó?
• 👀 Bạn đang tìm kiếm những thiết bị công nghệ mới nhất? Kiểm tra lựa chọn của chúng tôi, hướng dẫn mua sắm và các ưu đãi tốt nhất suốt cả năm
• 📩 Nhận thêm thông tin từ bản tin hàng tuần Backchannel của chúng tôi