Экспериментальное задание, страница 119 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Потрите резиновый воздушный шарик газетой. Пронаблюдайте действие шарика на мелкие кусочки бумаги, металлической фольги. Поднесите его к потолку. Почему шар остается висеть у потолка?

Проведите анологичные опыты по электризации, например: притяжение наэлектризованных волос к расческе, взаимодействие двух наэлектризованных шаров. Снимите видеоролик.

Почему шар остается висеть у потолка?

Это явление объясняется законами электростатики, в частности, электризацией трением и электростатической индукцией. Рассмотрим процесс по шагам.

1. Электризация шарика. Когда резиновый шарик трут о газету (или о волосы, шерстяную ткань), происходит процесс, называемый электризацией трением. В результате этого процесса часть электронов с поверхности газеты переходит на шарик, так как резина обладает большим сродством к электронам. Таким образом, шарик приобретает избыточный отрицательный электрический заряд, а газета — равный по величине положительный.

2. Притяжение нейтральных предметов. Когда отрицательно заряженный шарик подносят к электрически нейтральным объектам, таким как мелкие кусочки бумаги, фольги или потолок, он вызывает в них явление электростатической индукции (или поляризации). Это означает, что под действием электрического поля шарика происходит перераспределение зарядов внутри нейтрального объекта: электроны в веществе потолка (или бумаги) отталкиваются от шарика и смещаются вглубь, в то время как положительно заряженные атомные ядра остаются на своих местах. В результате та часть поверхности потолка, которая находится ближе к шарику, приобретает небольшой индуцированный (наведенный) положительный заряд.

3. Возникновение силы притяжения. Между отрицательным зарядом шарика и индуцированным положительным зарядом на поверхности потолка возникает сила электростатического притяжения $F_{эл}$. Хотя поле шарика отталкивает и электроны в потолке, сила притяжения к ближним положительным зарядам оказывается больше, чем сила отталкивания от более далеких сместившихся отрицательных зарядов (согласно закону Кулона, сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния). Если эта результирующая сила притяжения $F_{эл}$ больше или равна силе тяжести $F_{тяж} = mg$, действующей на шарик, он "прилипает" к потолку. Поскольку воздушный шарик очень легкий, даже относительно слабой электростатической силы достаточно, чтобы удержать его. Со временем заряд на шарике постепенно "стекает" в окружающую среду, сила притяжения ослабевает, и шарик в конце концов падает.

Ответ: Шар остается висеть у потолка, потому что в результате трения он приобретает электрический заряд. Этот заряд создает электрическое поле, которое наводит на поверхности потолка заряд противоположного знака (происходит поляризация). Возникающая между шаром и потолком сила электростатического притяжения оказывается достаточной, чтобы преодолеть силу тяжести, действующую на легкий воздушный шарик.

Проведение аналогичных опытов по электризации

Описанное явление — частный случай проявления статического электричества. Аналогичные эффекты можно наблюдать в следующих опытах:

1. Притяжение волос к расческе. При расчесывании сухих волос пластмассовой расческой происходит их взаимная электризация. Расческа и волосы приобретают заряды противоположных знаков (например, волосы — положительный, расческа — отрицательный). В результате между ними возникает сила притяжения, и волосы "тянутся" за расческой. Если затем поднести наэлектризованную расческу к мелким кусочкам бумаги, она будет их притягивать так же, как и воздушный шарик.

2. Взаимодействие двух наэлектризованных шаров. Если взять два воздушных шарика и потереть их об один и тот же материал (например, о шерстяной свитер), оба шарика получат электрический заряд одного знака (в данном случае, отрицательный). Если после этого подвесить их на нитках рядом друг с другом, они будут отталкиваться. Этот опыт наглядно демонстрирует, что одноименные электрические заряды отталкиваются.

Ответ: Аналогичные опыты (волосы и расческа, два шарика) также объясняются явлением электризации тел при соприкосновении (трении) и фундаментальными законами взаимодействия электрических зарядов: разноименные заряды притягиваются, а одноименные — отталкиваются.