تجربة استهلالية: قياس قوة التنافر الكهربائية بين شحنتين عمليا

تجربة: كيف نقيس قوة التنافر بين شحنتين؟

• المواد والأدوات:
• ميزان رقمي حسّاس، وكرتان بولسترين (قطر كل منها $5\ \text{cm}$ تقريبًا).
• ورق ألمنيوم، ومنصب فلزي، ومعجون.
• مقبض عازل عدد (3)، ومولّد فان دي غراف.

خطوات العمل: وزن الكرة ثم القوة الكهربائية

• أنفّذ الخطوات الآتية بالتعاون مع أفراد مجموعتي.
• 1. أجهّز الكرتين:
• أغرزُ مقبضًا عازلًا في كل كرة بولسترين، ثمَّ أغلّف الكرة جيدًا بورق الألمنيوم.
• 2. أقيس ($F_1$):
• أشغّل الميزان، وأثبّت إحدى الكرتين الصغيرتين ومقبضها العازل فوقه باستعمال قطعة معجون، أو بأي طريقة مناسبة.
• أضرب قراءة الميزان في تسارع السقوط الحر لحساب ($F_1$)، وتساوي وزن الكرة.
• 3. أثبّت الكرة الثانية:
• أثبّت الكرة الصغيرة الثانية ومقبضها العازل في المنصب الفلزي، كما في الشكل.

• 4. أجرب:
• أشغّل مولّد فان دير غراف بمساعدة المعلم/المعلمة.
• أشحن به كلًّا من الكرتين، بملامسة كرة المولّد للكرتين معًا في اللحظة نفسها.
• 5. أقرّب:
• أقرّب المنصب الفلزي من الميزان الحسّاس لتصبح كرة المنصب فوق كرة الميزان، من دون أن تتلامسا.
• 6. ألاحظ ($F_2$):
• ألاحظ قراءة الميزان الجديدة، وأضربُ القراءة في تسارع السقوط الحر لحساب ($F_2$)، وتساوي مجموع وزن الكرة والقوّة الكهربائية.
• أحسب القوّة الكهربائية ($F_2 - F_1$).

ملاحظة: يكتب الكتاب اسم المولّد «فان دي غراف» في موضع آخر من الصفحة.

التحليل والاستنتاج: ماذا تقول قراءات الميزان؟

أستنتج: أهمية المقبض العازل الذي تُثبّت به كل كرة.

أستنتج: بناءً على قراءات الميزان؛ أحدّد اتجاه القوّة الكهربائية المؤثرة في الشحنة السفلى ومقدارها.

أتوقع: كيف سيكون تأثير زيادة المسافة الرأسية بين الكرتين، أو إنقاصها؟

أفسر: لماذا تُصنّف القوّة الكهربائية بأنها قوّة تأثير عن بُعد.