Γιατί οι φορτίσεις Like απωθούν και οι αντίθετες χρεώσεις ελκύονται;

Ο λόγος που τα ίδια φορτία απωθούνται και τα αντίθετα φορτία έλκονται είναι λόγω του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Όπως τα φορτία απωθούνται επειδή απωθούν το ένα το άλλο, ενώ τα αντίθετα φορτία έλκονται επειδή τραβούν το ένα το άλλο προς το άλλο. Αυτό οφείλεται στη φύση της ηλεκτρικής δύναμης, η οποία είναι μια δύναμη που ασκείται μεταξύ δύο σωματιδίων που έχουν είτε αντίθετα φορτία είτε παρόμοια φορτία.

Δοκιμάστε να τρίψετε ένα μπαλόνι με μια ποικιλία από γούνες ζώων, όπως ένα μάλλινο πουλόβερ ή ακόμα και το δικό σας δέρμα. Πιθανότατα θα παρατηρήσετε ότι το μπαλόνι θα αρχίσει να αντιδρά διαφορετικά με τα αντικείμενα που το περιβάλλουν. Εάν τοποθετηθούν μερικά μικρά κομμάτια χαρτιού σε ένα τραπέζι και το μπαλόνι πλησιάσει και κρατηθεί πάνω από τα κομμάτια χαρτιού, τότε η παρουσία του φορτισμένου μπαλονιού μπορεί να δημιουργήσει αρκετή έλξη ώστε τα κομμάτια χαρτιού να σηκωθούν από το τραπέζι. Η επιρροή που παρατηρείται σε μια τέτοια περίπτωση είναι ηλεκτρική δύναμη .

Η ηλεκτρική δύναμη και ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα

(Πίστωση εικόνας:Flickr)

Αυτές οι ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκούνται ανάμεσα σε δύο αντίθετα φορτισμένα σωματίδια ή παρόμοια φορτισμένα σωματίδια είναι μια δύναμη με τον ίδιο τρόπο που η βαρύτητα, η τριβή, η τάση και η αντίσταση του αέρα είναι δυνάμεις. Εφόσον είναι δύναμη, πρέπει να ακολουθεί ορισμένες αρχές και νόμους. Ένας από τους νόμους που ακολουθεί η ηλεκτρική δύναμη είναι ο Νευτώνειος Νόμος Δράσης και Αντίδρασης . Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, μια δύναμη είναι απλώς μια αμοιβαία αλληλεπίδραση μεταξύ δύο αντικειμένων που οδηγεί σε ίση και αντίθετη ώθηση ή έλξη στα αντίστοιχα αντικείμενα.

Τώρα, χρησιμοποιώντας τον Τρίτο Νόμο της Κίνησης του Νεύτωνα, μπορούμε να περιγράψουμε την κίνηση και των δύο αντικειμένων. Το αντικείμενο Α ασκεί ώθηση προς τα δεξιά στο αντικείμενο Β. Το αντικείμενο Β ασκεί ώθηση προς τα αριστερά στο αντικείμενο Α. Αυτές οι δύο δυνάμεις ώθησης έχουν ίσα μεγέθη και ασκούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις η μία από την άλλη. Κάθε αντικείμενο πιέζει το άλλο. Η ώθηση στο αντικείμενο Β (από το αντικείμενο Α) κατευθύνεται μακριά από το αντικείμενο Α και η ώθηση στο αντικείμενο Α (από το αντικείμενο Β) κατευθύνεται μακριά από το αντικείμενο Β. Λόγω της φύσης της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης, η δύναμη λέγεται ότι είναι αποκρουστικό .

Τώρα, ας εφαρμόσουμε την ίδια αρχή δράσης-αντίδρασης σε δύο αντίθετα φορτισμένα αντικείμενα — Αντικείμενο C (θετικό) και Αντικείμενο D (αρνητικό). Το αντικείμενο Γ ασκεί έλξη προς τα αριστερά στο αντικείμενο D και το αντικείμενο Δ ασκεί έλξη προς τα δεξιά στο αντικείμενο Γ. Και πάλι, κάθε αντικείμενο κάνει το τράβηγμα του από το άλλο. Όπως και πριν, αυτές οι δύο δυνάμεις έχουν ίσα μεγέθη και ασκούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις η μία από την άλλη. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, η κατεύθυνση της δύναμης στο αντικείμενο D είναι προς το αντικείμενο C και η κατεύθυνση της δύναμης στο αντικείμενο C είναι προς το αντικείμενο D. Επειδή και τα δύο αντικείμενα κινούνται το ένα προς το άλλο, μια αμοιβαία αλληλεπίδραση είναι σαφής και η δύναμη περιγράφεται ως ελκυστικό .

Η αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων και ουδέτερων αντικειμένων

(Φωτογραφία:Adrignola/Wikimedia Commons)

Η αλληλεπίδραση ανάμεσα σε δύο παρόμοια φορτισμένα αντικείμενα είναι απωθητική. Η αλληλεπίδραση μεταξύ δύο αντίθετα φορτισμένων αντικειμένων είναι ελκυστική. Ωστόσο, τι είδους αλληλεπίδραση παρατηρείται μεταξύ ενός φορτισμένου αντικειμένου και ενός ουδέτερου αντικειμένου; Η απάντηση μπορεί στην πραγματικότητα να είναι αρκετά περίεργη. Κάθε φορτισμένο αντικείμενο που είναι είτε θετικά φορτισμένο είτε αρνητικά φορτισμένο θα έχει ελκυστικό αλληλεπίδραση με ένα ουδέτερο αντικείμενο. Τα θετικά φορτισμένα αντικείμενα και τα ουδέτερα αντικείμενα έλκονται μεταξύ τους και τα αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα και τα ουδέτερα αντικείμενα ελκύονται το ένα το άλλο.

Αυτό το τρίτο παράδειγμα αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτισμένων και ουδέτερων αντικειμένων συχνά αποδεικνύεται με απλό τρόπο. Για παράδειγμα, εάν ένα φορτισμένο μπαλόνι κρατιέται πάνω από ουδέτερα κομμάτια χαρτιού, η δύναμη έλξης για τα κομμάτια χαρτιού θα είναι αρκετά ισχυρή ώστε να υπερνικήσει την καθοδική δύναμη της βαρύτητας και να σηκώσει τα κομμάτια χαρτιού από το τραπέζι. Εάν ένας φορτισμένος πλαστικός σωλήνας κρατηθεί πάνω από μερικά κομμάτια χαρτιού, ο σωλήνας θα ασκήσει ελκυστική επίδραση στο χαρτί για να το σηκώσει από το τραπέζι. Προς σύγχυση πολλών, ένα φορτισμένο λαστιχένιο μπαλόνι μπορεί να έλκεται σε ένα ξύλινο ντουλάπι με αρκετή δύναμη ώστε να κολλάει πραγματικά στο ντουλάπι! Οποιοδήποτε φορτισμένο αντικείμενο—πλαστικό, καουτσούκ ή αλουμίνιο—θα ασκήσει ελκτική δύναμη σε ένα ουδέτερο αντικείμενο. Επίσης, ως αποτέλεσμα του νόμου της δράσης-αντίδρασης του Νεύτωνα, ένα ουδέτερο αντικείμενο θα έλκει επίσης ένα φορτισμένο αντικείμενο.