تنافر الأجسام المشحونة وتجاذبها
يفسّر شحن الأجسام بالدلك بانتقال الإلكترونات، ويستنتج أن الشحنات المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: البالونات والكهرباء الساكنة — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٨-١): تنافر وتجاذب الأجسام المشحونة كهربائيًا — الجزء الثاني، ص ٢٥
خطوات التجربة
افتح المحاكاة (لها شاشة واحدة)، واختر «إظهار جميع الشحنات»، ولاحظ أن عدد الشحنات الموجبة يساوي السالبة في البالون والكنزة قبل الدلك.
اسحب البالون وادلكه بالكنزة ذهابًا وإيابًا، ولاحظ أي الشحنات تنتقل ومن أين إلى أين.
اختر «إظهار الفرق في الشحنات»، وسجّل نوع الشحنة الصافية على البالون وعلى الكنزة.
أبعد البالون عن الكنزة ثم أفلته، ولاحظ حركته نحوها أو بعيدًا عنها.
فعّل البالون الثاني من مربع الاختيار الذي يحمل صورة بالونين، وادلكه بالكنزة أيضًا.
قرّب البالونين المشحونين أحدهما من الآخر وأفلت أحدهما، وسجّل في جدول نوع شحنتي الجسمين ونوع القوة بينهما (تجاذب أو تنافر).
الفكرة العلمية
الأجسام متعادلة في العادة لأن عدد شحناتها الموجبة يساوي عدد شحناتها السالبة. وعند دلك جسمين معًا تنتقل الإلكترونات (الشحنات السالبة) من أحدهما إلى الآخر، أما الشحنات الموجبة فتبقى مكانها في الذرات. فيكتسب الجسم الذي أخذ الإلكترونات شحنة سالبة، ويصير الآخر موجبًا بالمقدار نفسه، فالشحنة لا تفنى ولا تُستحدث بل تنتقل. وللشحنة نوعان، والشحنات المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب. ولهذا ينجذب البالون السالب إلى الكنزة الموجبة، ويتنافر بالونان دُلك كل منهما بالكنزة لأن شحنتيهما متشابهتان. والمحاكاة تستخدم بالونًا وكنزة بدل المساطر البلاستيكية والزجاجية والصوف والحرير في النشاط، لكن الفكرة واحدة: المادتان المختلفتان في النشاط تعطيان شحنتين مختلفتين، فتظهر حالتا التنافر والتجاذب معًا.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
ماذا ينتقل بين البالون والكنزة أثناء الدلك؟
- الشحنات الموجبة من البالون إلى الكنزة
- الشحنات الموجبة والسالبة بالتساوي
- الإلكترونات من الكنزة إلى البالون
- لا شيء ينتقل، بل تتولد الشحنات بالاحتكاك
اعرض الإجابة
ج) الإلكترونات من الكنزة إلى البالون
الذي ينتقل الإلكترونات وحدها، فالشحنات الموجبة مرتبطة بأنوية الذرات ولا تتحرك. والقول إن الدلك يولّد الشحنات خطأ شائع، فالمحاكاة تُظهر أن عدد الشحنات الكلي ثابت وأنها انتقلت فقط.
بعد الدلك صار على البالون شحنة سالبة. ما شحنة الكنزة؟
- موجبة مساوية لشحنة البالون في المقدار
- سالبة أيضًا
- متعادلة لأنها لم تكتسب شيئًا
- موجبة أكبر من شحنة البالون
اعرض الإجابة
أ) موجبة مساوية لشحنة البالون في المقدار
الإلكترونات التي اكتسبها البالون فقدتها الكنزة، فبقي فيها فائض من الشحنات الموجبة يساوي ما انتقل. وهذا تطبيق لحفظ الشحنة: مجموع شحنتي الجسمين بعد الدلك صفر كما كان قبله.
دلكتَ البالونين كليهما بالكنزة ثم قرّبتهما. ماذا يحدث؟
- يتجاذبان لأنهما مشحونان
- لا يتأثر أحدهما بالآخر
- يتجاذبان ثم يتنافران
- يتنافران لأن شحنتيهما سالبتان
اعرض الإجابة
د) يتنافران لأن شحنتيهما سالبتان
كلا البالونين اكتسب إلكترونات من الكنزة نفسها، فشحنتاهما من النوع نفسه فيتنافران. والخطأ الشائع أن كل جسمين مشحونين يتجاذبان، والصحيح أن نوع القوة يحدده نوع الشحنتين.
في النشاط تُدلك مسطرة بلاستيكية بالصوف ومسطرة زجاجية بالحرير. ماذا تتوقع عند تقريبهما؟ ولماذا لم تحتج المحاكاة إلى مادتين لترى هذا السلوك؟
اعرض الإجابة
تتجاذبان، لأن المسطرة البلاستيكية تكتسب شحنة سالبة والزجاجية تكتسب شحنة موجبة. والمحاكاة تُظهر التجاذب بين البالون السالب والكنزة الموجبة، لأن الجسمين اللذين دُلك أحدهما بالآخر يحملان شحنتين مختلفتين دائمًا.
بعد تمشيط شعرك الجاف بمشط بلاستيكي يجذب المشط قصاصات ورق صغيرة. فسّر ذلك.
اعرض الإجابة
الدلك بين المشط والشعر نقل إلكترونات فصار المشط مشحونًا. وعند تقريبه من الورق المتعادل تُعاد ترتيب الشحنات في الورق، فتقترب منه الشحنات المخالفة وتبتعد المشابهة، فيغلب التجاذب لأن الشحنات المخالفة أقرب. وهو ما تراه حين تقرّب البالون المشحون من الجدار في المحاكاة.