Töltések a síkon
2004/12/03 00:02
882 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A cikkben ismertetett program segítségével három, azonos nagyságú ponttöltés között fellépő erőket és azok eredőit szemléltethetjük. Ebben a szűkösnek tűnő keretben meglepően sok elektrosztatikai jelenség bemutatható.
Ismerjük meg a részleteket!

A program használata igen egyszerű. A töltéseket kedvünkre tologathatjuk az asztalon, és az 1, 2 és 3 billentyűkkel változtathatjuk a töltéseik előjelét. A Coulomb-törvény szerint sajnos vagy szerencsére (vagy épeszű ember nem minősíti a természeti jelenségeket, legfeljebb rácsodálkozik a harmóniára), az erő a távolság négyzetével fordítottan arányos, ezért az erőhatások széles intervallumban változnak. A program ezért tartalmaz egy 3 lépcsős zoom funkciót, ami csak az erővektorokat nagyítja, illetve kicsinyíti, és a + és - billentyűkkel vezérelhető. A program indításához kattintson a képre! A program indításához kattintson a képre!

Coulomb-törvény

A Coulomb-törvény távolságfüggésének demonstrálásához a töltéseket legjobb egy egyenlőszárú derékszögű háromszög csúcspontjaiba helyezni. Ekkor a derékszögű csúcsnál lévő töltésre két merőleges erő hat, amelyek jól összehasonlíthatóak. Ezután az egyik hegyesszögű csúcsban lévő töltést pl. fele távolságra közelítve jól látható, hogy az erő a négyszeresére növekszik.

Szuperpozíció-elv

A fenti bemutató egyben demonstrálja a töltések hatásának szuperpozícióját is, sőt akár matematikában is felhasználható a vektorok összeadásának bemutatására. Érdekes gyakorlat, ha rögzítünk két töltést a síkon, és az egyikre az eredő erőt is megadjuk. Ekkor az a kérdés, hogy hova kell helyezni a harmadik töltést, hogy a megadott erő ébredjen a töltésen. A diákok tapasztalni fogják, hogy a harmadik töltés mozgatásával gyakorlatilag tetszőleges eredő erő beállítható bármelyik töltésre.

Erőtér

Két azonos vagy ellentétes előjelű töltést rögzítve a síkon a harmadik töltéssel, mintegy próbatöltéssel letapogatható a két töltés eredő erőtere. Ha a szürke vektorokat is figyeljük, felfedezhetjük a ponttöltések gömbszimmetrikus erőtereinek szuperpozícióját.

Egyensúlyi állapotok

Az erőtér vizsgálatakor, azonos töltések esetében megtalálhatjuk azt a pontot, ahol a két töltés hatása kioltja egymást. Érdekes az egyensúlyi állapot stabilitását is megvizsgálni azonos, illetve ellentétes előjelű próbatöltéssel. Egyszerűen kimozdítjuk a testet az egyensúlyi állapotból, és megvizsgáljuk, hogy visszatérítő vagy kitérítő erő hat-e rá. Persze, ha nem akarunk nyeregfelületekről magyarázni a diákoknak, akkor kössük ki, hogy a próbatöltés csak a másik két töltést összekötő egyenesen mozoghat!

Dipólus

Dipólust is modellezhetünk a programmal, ekkor azonban egy kicsit át kell értelmezni a látottakat. A dipóluson belül a belső kölcsönhatásokat ki kell zárni, így a dipólus tagjaira nem értelmes az eredő erő vektora. Kizárólag azt a két szürke vektort szabad figyelembe venni, ami a harmadik töltés hatását mutatja a dipólus egy-egy tagjára, ezen a két vektoron azonban nagyon jól látható a harmadik töltés forgató hatása. Ha a dipólusra ható eredő erőre vagyunk kíváncsiak, akkor Newton III. törvényére kell gondolnunk: a dipólusra pontosan akkora, csak ellentétes eredő erő hat, mint a harmadik töltésre. Érdekes végiggondolni, hogy milyen mozgásba kezd a töltés és a dipólus, ha ebben a helyzetben szabadon engedjük őket.A program tanórai felhasználásához segítséget nyújt a letölthető munkalap.

Bédi Sándor

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
All you need is code Minden a kódolás tanulásához
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek