4 - 2 - Школа СХОДЖЕННЯ

§30. Закон Кулона (187-191)

Закон Кулона

Закон Кулона

Експеримент 1 — Відчуття сили: відхилення паперового маятника від зарядженого тіла (якісне вимірювання залежності від відстані)

Що потрібно

• Легкий маятник: нитка 15–25 см + маленький кулька з фольги або кулька з паперу, підвішена на нитці (маятник має вільно висіти);

• Пластикова лінійка/гребінець або надута кулька (натерта вовною) — джерело заряду;

• Лінійка або рулетка для відстаней;

• Аркуш паперу під маятником (щоб фіксувати положення).

Як робити

1. Підвісь маятник так, щоб він висів вертикально над аркушем (нульове положення наміть на папері).

2. Заряди гребінець/кульку тертям (30–40 разів по вовняній тканині).

3. Піднеси заряджений об’єкт збоку до маятника на відстань ~5 см, не торкаючись. Зафіксуй нове положення (відхилення).

4. Повтори для відстаней 7 см, 10 см, 15 см, 20 см (по можливості). Для кожної відстані роби по 2-3 повтора.

Що спостерігаємо

• При малих відстанях маятник відхиляється сильніше, при великих — менше.

• На великій відстані відхилення може бути ледь помітним.

Що записати / як аналізувати

• Таблиця: стовпчики «відстань (см) — відхилення (мм або градуси) — середнє відхилення».

• Побудуй графік «відхилення vs відстань» (очікувано: спадна крива).

• Висновок: сила електричного поля зменшується із відстанню (якісна перевірка того, що дія слабшає).

Короткий висновок для зошита
Електростатична сила помітно знижується при збільшенні відстані — це сумісно з ідеєю закону Кулона (для точних залежностей потрібна чутлива апаратура).

Експеримент 2 — Півкільцеві кульки (підвішені однаково): напруженість ↔ відстань (напів-кількісний результат)

Що потрібно

• Дві дуже легкі кульки з фольги (два однакові «фольгові кульки»), підвішені на нитках однакової довжини (нитки закріплені на одній перекладині так, щоб кульки звисали поруч); нитки довші — 20–30 см;

• Пінцет/ложечка для акуратного перекладання кульок;

• Заряджений гребінець (пластик/кулька, натерта вовною);

• Лінійка, аркуш паперу для фіксації точок.

Як робити

1. Розмісти дві фольгові кульки так, щоб вони торкались одна одної і були нейтральні (папером познач нуль).

2. Заряди одну кульку швидким контактом: доторкнись зарядженим гребінцем до однієї кульки (передача заряду). Тепер кулька A заряджена, кулька B — нейтральна.

3. Потім доторкнися кулькою A до кульки B (контакт) — заряд розподілиться між ними → вони відштовхнуться і встановляться на відстані $d$. Зафіксуй $d$.

4. Повтори: змінюй спочатку «сильність» заряду (менше/більше натірань гребінця) і фіксуй $d$; потім вимірюй час, через який відстань зменшується (витік заряду).

Що спостерігаємо

• Після контакту кульки відштовхуються і зупиняються на постійному віддаленні $d$. При сильнішому початковому заряді $d$ більший.

• З часом віддалення зменшується (витоки заряду).

Що записати / як аналізувати

• Таблиця: «кількість натирань (умовна міра заряду) — відстань d (см) — час до 1/2 d (показник витоків)».

• Короткий аналіз: як змінюється d із збільшенням заряду — це дає уявлення про те, що сила ∝ заряду × заряд / функція від відстані.

Короткий висновок
Електростатична сила між двома однаковими зарядженими тілами збільшується при збільшенні зарядів (великий заряд → більша відштовхувальна відстань). Збереження та розподіл заряду видно на прикладі контакту й поділу.

Експеримент 3 — Залежність сили від кількості заряду (напівкількісна перевірка): «скільки натирань — стільки відштовхувань»

Що потрібно

• Дві крихітні фольгові кульки на нитках (як в експ.2) або легкі паперові «листочки»;

• Пластикова лінійка / гребінець;

• Вовняна тканина для натирання;

• Лінійка для вимірювання відстані.

Як робити

1. Заряди гребінець невеликою кількістю натирань (наприклад 10 разів). Доторкнись їм до кульки-джерела, потім передай заряд кульці A та далі кульці B (контакт) як у попередньому експерименті; зафіксуй відстань $d_{10}$.

2. Повтори серію, але гребінець натирай 20 разів — отримай $d_{20}$. Можна також зробити 5, 40 разів — кілька точок.

3. Побудуй (на папері) графік «умовна кількість натирань» (ось так: 5,10,20,40) — «відстань d».

Що спостерігаємо

• При збільшенні кількості натирань (умовно — заряду) відстань d зростає, але не лінійно (бо беруться до уваги витоки й розподіл).

Що записати / як аналізувати

• Таблиця та графік. Поясніть: «умовна кількість натирань» — це не точна міра заряду, але дає тренд.

• Обговоріть похибки: нерівна нитка, волога повітря, нерівний контакт.

Короткий висновок
Цей дослід — простий спосіб показати, що сила взаємодії залежить від «кількості заряду» і що напруженість електричного поля збільшується при більшому заряді.