Номер 10.29, страница 55 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 10. Электризация тел. Проводники и диэлектрики - номер 10.29, страница 55.

Условие.

10.29. Почему электрическое притяжение кусочков бумаги к натертой расческе очень заметно, а силы тяготения между этими телами обнаружить не удается?

Решение.

Решение

Это явление объясняется колоссальной разницей в силе двух фундаментальных взаимодействий: электромагнитного и гравитационного.

Когда мы натираем расческу (например, о волосы или шерсть), она приобретает статический электрический заряд за счет трения. Кусочки бумаги изначально электрически нейтральны. Однако, когда к ним подносят заряженную расческу, ее электрическое поле вызывает поляризацию диэлектрика (бумаги). Это означает, что внутри молекул бумаги происходит перераспределение зарядов: заряды одного знака смещаются в сторону расчески, а заряды противоположного знака — в противоположную сторону. Например, если расческа заряжена отрицательно, то положительные заряды в молекулах бумаги притянутся к ней и окажутся ближе, а отрицательные оттолкнутся и окажутся дальше. Поскольку сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния, сила притяжения между расческой и ближними (положительными) зарядами в бумаге оказывается больше, чем сила отталкивания между расческой и дальними (отрицательными) зарядами. В результате возникает суммарная сила притяжения.

Теперь сравним величины электрической и гравитационной сил.

1. Электрическая сила (сила Кулона) определяется по формуле: $F_э = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$ Здесь $\text{k}$ — это коэффициент пропорциональности, который в системе СИ имеет огромное значение: $k \approx 9 \cdot 10^9 \, \frac{Н \cdot м^2}{Кл^2}$. Даже незначительный заряд, накопленный на расческе, способен создать заметную силу.

2. Гравитационная сила (сила всемирного тяготения) определяется по формуле: $F_г = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$ Здесь $\text{G}$ — это гравитационная постоянная, которая имеет чрезвычайно малое значение: $G \approx 6.67 \cdot 10^{-11} \, \frac{Н \cdot м^2}{кг^2}$. Поскольку массы расчески ($m_1$) и кусочков бумаги ($m_2$) очень малы, произведение $G \cdot m_1 \cdot m_2$ дает ничтожно малую величину. Сила их взаимного гравитационного притяжения настолько слаба, что ее невозможно обнаружить в обычных условиях.

Таким образом, электромагнитное взаимодействие на много-много порядков интенсивнее гравитационного. Гравитационные силы становятся заметными лишь тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел обладает огромной массой (например, планета или звезда). В нашем опыте электрическая сила притяжения не просто заметна — она настолько велика, что способна преодолеть силу гравитационного притяжения кусочков бумаги ко всей планете Земля, заставляя их подниматься вверх.

Ответ: Электрическое взаимодействие, описываемое законом Кулона, является неизмеримо более сильным, чем гравитационное. Это отражается в огромной разнице между коэффициентом в законе Кулона ($k \approx 9 \cdot 10^9 \, \frac{Н \cdot м^2}{Кл^2}$) и гравитационной постоянной ($G \approx 6.67 \cdot 10^{-11} \, \frac{Н \cdot м^2}{кг^2}$). Поэтому электрическая сила между заряженной расческой и кусочками бумаги легко наблюдаема, в то время как гравитационная сила между этими же телами с их малыми массами пренебрежимо мала.