Δακτύλιοι από πλαστική σακούλα ... που αιωρούνται!

Μπορούμε να έχουμε "αιωρούμενους πλαστικούς δακτύλιους" και να παίζουμε μαζί τους;

Υλικά που χρειαζόμαστε

λωρίδες από πλαστικά σακουλάκια κουζίνας τύπου polybag, περίπου 1 εκ. πλάτος ένα πλαστικό καλαμάκι, απλό ή λίγο πιο χονδρό (γρανίτας) εναλλακτικά, ένα μπαλόνι, ένα κομμάτι πλαστικού σωλήνα (pvc) ή ένα πλαστικό χάρακα χαρτομάντιλο ή χαρτί κουζίνας εναλλακτικά, ένα μάλλινο γάντι ή τρίβουμε το καλαμάκι πάνω στα ρούχα μας

Τι θα κάνουμε

Κόβουμε μερικές λεπτές λωρίδες από πλαστική σακούλα και τις ανοίγουμε για να τους ένα κυκλικό σχήμα, ώστε να μοιάζουν με δακτυλίους. Μπορείτε να φτιάξετε δακτυλίους διαφορετικών μεγεθών για πειραματισμό. Τρίβουμε τον πλαστικό σωλήνα ή το καλαμάκι με ύφασμα (μάλλινο, βαμβακερό ή συνθετικό) ή χαρτί κουζίνας. Με αυτόν τον τρόπο, ο σωλήνας αποκτά αρνητικό φορτίο λόγω μεταφοράς ηλεκτρονίων από το υλικό τριβής στον σωλήνα.

Απλώνουμε και συγκρατούμε έναν από τους πλαστικούς δακτυλίους και τον τρίβουμε με το ίδιο ύφασμα ή χαρτί κουζίνας που χρησιμοποιήσαμε για να φορτίσετε τον σωλήνα. Έτσι, ο δακτύλιος αποκτά επίσης αρνητικό φορτίο, ίδιο φορτίο με εκείνο του σωλήνα.

Προσπαθούμε να "ρίξουμε" το φορτισμένο δακτύλιο πάνω στον σωλήνα. Κρατάμε τον φορτισμένο σωλήνα κοντά στον φορτισμένο δακτύλιο, χωρίς να αφήνουμε να ακουμπήσουν τα δύο αντικείμενα. Τί παρατηρούμε;

[Θα παρατηρήσετε ότι ο δακτύλιος απωθείται από τον σωλήνα και μπορεί να αιωρείται στον αέρα για λίγο.]

Ερωτήματα

• Ποια υλικά (χαρτί κουζίνας, μάλλινο ή βαμβακερό ύφασμα) δημιουργούν ισχυρότερη φόρτιση;
• Τι συμβαίνει αν φορτίσετε τον δακτύλιο με διαφορετικό υλικό από αυτό του σωλήνα;
• Πώς επηρεάζει το μέγεθος του δακτυλίου την απόσταση της απώθησης;
• Ποια είναι η διαφορά αν δεν φορτίσετε τον δακτύλιο και φορτίσετε μόνο τον σωλήνα;
• Μπορείτε να κάνετε τον δακτύλιο να αιωρείται για περισσότερη ώρα;
• Τί άλλα υλικά ή αντικείμενα θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε στη θέση του πλαστικού δακτύλιου;
• Τι άλλο θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αντί για πλαστικό σωλήνα;
• Θα δοκιμάζατε πλαστικό καλαμάκι, χάρακα ή μπαλόνι;

Τι συμβαίνει;

Το πείραμα βασίζεται στις αρχές της ηλεκτροστατικής φόρτισης με τριβή και της αλληλεπίδρασης φορτισμένων σωμάτων.

Όταν τρίβουμε τον σωλήνα από PVC (ή το καλαμάκι ή το μπαλόνι) με ένα ύφασμα (π.χ. μάλλινο, βαμβακερό, ή χαρτί κουζίνας), μεταφέρονται ηλεκτρόνια από το ένα υλικό στο άλλο. Το πλαστικό καλαμάκι ή ο πλαστικός σωλήνας από PVC τείνουν να συγκρατούν περισσότερα ηλεκτρόνια και φορτίζονται αρνητικά. Το ύφασμα ή το χαρτί κουζίνας χάνει ηλεκτρόνια και φορτίζονται θετικά.
Αντίστοιχα, τρίβοντας τον πλαστικό δακτύλιο με το ίδιο ύφασμα, ο δακτύλιος αποκτά επίσης αρνητικό φορτίο, αφού τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σ' αυτόν.

Τα σώματα που έχουν το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο (π.χ. και τα δύο αρνητικό) απωθούνται. Όταν ο φορτισμένος σωλήνας πλησιάζει τον φορτισμένο δακτύλιο, τα ηλεκτροστατικά πεδία τους ασκούν μια απωστική δύναμη το ένα στο άλλο, με αποτέλεσμα ο δακτύλιος να απομακρύνεται. Λόγω της απώθησης και της ελαφριάς μάζας του δακτυλίου, μπορεί να αιωρείται για λίγο ή να κινείται μακριά και να "ελέγχεται" από τον πλαστικό σωλήνα/καλαμάκι ή από ένα μπαλόνι.

Εάν ο δακτύλιος δεν είχε φορτιστεί αρχικά ή δεν φορτίστηκε κατάλληλα (με επάρκεια), τότε, καθώς πλησιάζει ο φορτισμένος σωλήνας, δημιουργείται επαγωγική φόρτιση: Τα αρνητικά φορτία του σωλήνα προκαλούν ανακατανομή φορτίων στον δακτύλιο. Ο δακτύλιος αποκτά προσωρινά θετικό φορτίο στη μία πλευρά του, το οποίο οδηγεί αρχικά σε έλξη. Εάν ο σωλήνας πλησιάσει αρκετά, μπορεί να μεταφέρει φορτίο στον δακτύλιο, που τελικά αποκτά αρνητικό φορτίο και απωθείται, όμως δύσκολα συμβαίνει αυτό στο συγκεκριμένο πείραμα.

Ο σωλήνας δημιουργεί ένα ηλεκτροστατικό πεδίο γύρω του, το οποίο επηρεάζει ελαφριά αντικείμενα, όπως ο δακτύλιος. Το πεδίο αυτό μειώνεται σε ένταση καθώς αυξάνεται η απόσταση από τον σωλήνα, γι’ αυτό και ο δακτύλιος αιωρείται για λίγο και στη συνέχεια πέφτει όταν η απωστική δύναμη (εκείνη που τον σπρώχνει μακριά για να αιωρείται) μειώνεται.

Διδακτική αξιοποίηση

Το πείραμα αυτό με τους "αιωρούμενους σακουλοδακτύλιους" επιδεικνύει τις βασικές αρχές του στατικού ηλεκτρισμού και των ηλεκτρικών δυνάμεων. Είναι ένας έξυπνος και διασκεδαστικός τρόπος να δει κανείς πώς η μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων μπορεί να επηρεάσει την κίνηση και την αλληλεπίδραση αντικειμένων. Τα παιδιά μαθαίνουν ότι για να προκληθεί απώθηση, πρέπει και τα δύο αντικείμενα να έχουν το ίδιο φορτίο, διερευνούν διαφορετικούς τρόπους ηλεκτροστατικής φόρτισης και ανακαλύπτουν τη σημασία της ηλεκτροστατικής δύναμης και τη σχέση της με το είδος και την ποσότητα του φορτίου. Αυτός ο πειραματισμός ενισχύει την κριτική σκέψη και επιτρέπει την εξερεύνηση πολλών παραμέτρων σε ένα απλό και ασφαλές πλαίσιο.

Δείτε παρακάτω ένα βίντεο με "αιωρούμενους σακουλοδακτύλιους" με φορτισμένο σωλήνα pvc, από τον Steve Spangler

Δείτε παρακάτω ένα βίντεο με "αιωρούμενους σακουλοδακτύλιους" φορτισμένο μπαλόνι! (Steve Spangler)

Δείτε παρακάτω ένα βίντεο με "αιωρούμενους σακουλοδακτύλιους" φορτισμένο μπαλόνι!

Δείτε παρακάτω ένα βίντεο με "αιωρούμενους σακουλοδακτύλιους" … μερικές ιδέες ακόμα!