Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 303. Porównanie oddziaływania grawitacyjnego i oddziaływania elektrostatycznego.

Elektrostatyka. Oddziaływania. Siły elektryczne. Siły grawitacyjne. Próżnia.

Zadanie
Wyobraźmy sobie “świat” składający się z dwóch protonów.

Zadanie możemy wtedy sformułować następująco – jakimi siłami oddziałują na siebie dwa protony umieszczone w próżni. Próżnia w fizycznym sensie to obszar przestrzeni, w którym nie ma materii.

Ważne pojęcia potrzebne do rozwiązania zadania:

Ładunek elektryczny.

Oddziaływania elektryczne.

Siły elektryczne.

Oddziaływania grawitacyjne.

Stała grawitacji.

Stała przenikalności próżni.

Porównanie oddziaływania grawitacyjnego i oddziaływania elektrostatycznego.

Porównywanie sił.

Siła jako miara oddziaływania.

Prawo Coulomba oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych


Wyobraźmy sobie “świat” składający się z dwóch protonów.

Zadanie możemy wtedy sformułować następująco – jakimi siłami oddziałują na siebie dwa protony umieszczone w próżni. Próżnia w fizycznym sensie to obszar przestrzeni, w którym nie ma materii.

O oddziaływaniach grawitacyjnych mówimy, że są powszechne. Oznacza to, że w "świecie" złożonym z dwóch protonów istnieje grawitacja.

Protony mają własności elektryczne. Posiadają cechę, którą nazywamy ładunkiem elektrycznym. Każdy proton ma taki sam ładunek. Ładunek protonu jest równy ładunkowi elementarnemu. W świecie w skali atomów nie istnieje mniejsza porcja ładunku elektrycznego.

Oba oddziaływania – grawitacyjne i elektrostatyczne opisane są podobnymi matematycznie prawami.

Oddziaływania grawitacyjne opisuje prawo powszechnej grawitacji Newtona, a oddziaływania elektrostatyczne opisuje prawo Coulomba.

Prawo powszechnej grawitacji Newtona mówi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch ciał zależy od iloczynu ich mas oraz od kwadratu odległości między tymi masami.

W prawie tym zakładamy, że rozmiary ciał w porównaniu z odległością między nimi są niezmiernie małe.

W prawie grawitacji Newtona występuje stała – stała grawitacji G.

Prawo oddziaływania dwóch spoczywających naładowanych elektrycznie ciał to prawo Coulomba. Prawo to mówi, że siła elektrycznego oddziaływania między dwoma ładunkami zależy od iloczynu tych ładunków oraz od kwadratu odległości między nimi.

W prawie Coulomba zakładamy, że rozmiary ciał naładowanych są punktowe, czyli w praktyce bardzo małe w porównaniu z odległością między tymi ciałami.

Stała proporcjonalności w prawie Coulomba ma bardziej złożoną postać niż stała proporcjonalności w prawie grawitacji Newtona.

W zadaniach szkolnych wprowadzamy uproszczenie i jako stałą bierzemy wyrażenie zawierające stałą przenikalności ośrodka w którym znajdują się ciała naładowane elektrycznie.

W dalszej części zagadnienia będziemy rozpatrywać oddziaływania protonów znajdujących się w próżni. W przypadku współczynnika proporcjonalności w prawie grawitacji - stałej grawitacji, nie wprowadzi to żadnych zmian. Dla oddziaływań elektrostatycznych stała proporcjonalności będzie stałą absolutną zależną od stałej przenikalności próżni.

ZALEŻNOŚCI w postaci skalarnej (dla wartości sił).

Dwa protony przyciągają się grawitacyjnie i odpychają elektrycznie. Siły te mają takie same kierunki lecz przeciwne zwroty.






Masy protonów spoczywających są identyczne, podobnie ładunki. Zależności na wartości sił ulegną więc modyfikacji.

OBLICZENIA WARTOŚCI SIŁ.



PORÓWNANIE SIŁ



Siły grawitacyjne w świecie pojedynczych atomów są tak niewielkie w porównaniu z siłami elektrycznymi, że w olbrzymiej większości rozpatrywanych sytuacji można je pomijać.

303.9-2009.09.24