Про Павла, Антона та про закон Кулона

Про Павла, Антона та про закон Кулона

майже детективна історія

  Павло сидів за столом і намагався читати параграф з фізики. Це давалося важко, з неймовірними зусиллями. За вікном шумів дощ, по телевізору транслювали футбольний матч, а хлопець все намагався вхопити зміст далеких і незрозумілих слів: “Сила взаємодії між двома точковими зарядами у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними…” Повернувшись до початку, прочитав ще раз, потім ще. Зміст не ставав більш доступним, навпаки, хлопцю почало здаватися, що він дивиться крізь надрукований текст, а літери кружляють і танцюють, мов краплини дощу за вікном...

      Гучні вигуки з сусідньої кімнати перервали ці роздуми: наші забили гол. Павло зітхнув, залишив підручник до кращих часів і попрямував до телефону обговорити ситуацію з другом. Справи в Антона були приблизно на тому ж рівні.

• Ну не можу я зрозуміти цей закон, бо не уявляю тих зарядів і всього, що між ними відбувається у вакуумі... – скаржився Павло.
• От якби можна було зазирнути всередину атомів, побувати там, побачити електрони, як вони рухаються по орбітах навколо ядер… - радісно підхопив цю думку Антон.
• Уяви, якби ж ми зменшилися до таких розмірів, щоб могли пролітати крізь речовину, наче крізь Сонячну систему, тоді б ми дослідили самі, від чого залежать сили, про які писав Кулон в своєму законі, - закинув ідею Павло.
•  Я взагалі дивуюся, як він міг так впевнено це стверджувати, наче справді бачив все на власні очі… А може він все це просто вигадав, не дарма ж його звали Шарлем, як і відомого казкаря Шарля Перо! – вправлявся у дотепності Антон.

   Хлопці так весело і дружно розреготалися, що не одразу помітили, як невідомі сили втягують їх у телефонні слухавки, і як вони вже летять дротами назустріч один одному…

    Дроти були з алюмінію. Це хлопці визначили, нарахувавши 13 однакових гарненьких електронів, що кружляли навколо кожного ядра, наче супутники по орбітах навколо своєї планети. Намагаючись погасити шалену швидкість, Павло вхопився за один з електронів, те саме спробував зробити й Антон, але електрони зрадливо затремтіли і…відірвалися від своїх атомів! Раптом запрацював невидимий гучномовець: “Тривога! Тривога! Порушено електричний баланс! На нашій території виявлено два додатні іони! Всім електрично-зарядженим частинкам радимо тимчасово не потрапляти до зони небезпеки!!!” –  гукав металевий голос.

     Павло з Антоном продовжували рух назустріч один одному, притискаючи до себе електрони, наче баскетбольні м’ячі, але швидкість цього руху невпинно зменшувалася, врешті решт вони зупинилися і…почали стрімко віддалятися! Не встигнувши вхопитися за руки, хлопці розліталися в протилежні боки під дією невідомих сил. Раптом Антона осяяло: - “Це ж однойменні заряди відштовхуються, це ще Кулон з’ясував! – загукав він до Павла. – Зараз я пролітатиму повз додатний іон і спробую за нього зачепитися! Тоді ми знову почнемо притягуватися!”

     Павло напружено пригадував прочитане, і врешті решт згадав, що іонами називають атоми, в яких спостерігається надлишок або нестача електронів на орбітах навколо ядра; тоді електричний баланс порушується, і починається те, що й передрікав геніальний Шарль Кулон. Однойменно заряджені частинки відштовхуються, різнойменно заряджені – притягуються…

    Міркуючи в такий спосіб, Павло раптом відчув, що навкруги стало якось вогко… Сьогодні ж увесь день ішов дощ, невже з алюмінію ми потрапили у воду? І в ту ж мить до нього долинув розпачливий вигук Антона: - “Ні, не вдалося , я не зміг вхопитися, і ми продовжуємо розлітатися!”

    Але тут обидва хлопці помітили , що швидкість різко і невпинно почала зменшуватися, рухатися було важко, як тоді, коли йдеш по пояс у воді.

• Знаєш, я читав, що є така штука, яка зветься діелектричною проникністю. Так ось у води вона у 81 раз більша, ніж у повітря, - поділився згадками Павло. –Це означає, що вода у 81 раз послаблює взаємодію між зарядами!
• Зараз ми зупинимося і спробуємо щось придумати! – гукнув Антон. – Йому вже було не до жартів, а думку про те, що вони можуть ніколи звідси не вибратися, він просто відганяв від себе подалі.

Зупинившись, Павло з Антоном відпустили від себе електрони, які вони відірвали від атомів алюмінію, і спробували роздивитися молекулу води зблизька. Їм вдалося навіть пролетіти між протоном та електроном в атомі гідрогену, а відстань між ними, як говорилося в підручнику, становила    0,5х10^-8см. Навколо атома оксигена оберталося цілих вісім електронів, ядро здавалося гігантським, бо утворювалося з шістнадцяти щільно притиснутих одна до одної кульок. Цей атом справді нагадував велетенську планету з супутниками, що рухалися по орбітах навколо неї.  Хлопці почувалися майже як дослідники космічного простору, що вперше пролітають таємничими і загадковими маршрутами. Проте до захоплення і здивування додавалося відчуття тривоги: шлях додому залишався недосяжним, і ніхто не міг підказати, в якому напрямку його шукати. Здавалося, наші дослідники збилися з курсу і надовго застрягли у дивовижних хащах мікросвіту.

   І тут Павла осяяло. “Слухай, - вигукнув він, - ти пам’ятаєш, як і чому ми сюди потрапили? Ми ж самі попросили про це, щоб дослідити дію кулонівських сил на власному досвіді! От нам і надали таку можливість. А якщо ми покажемо, що вже з’ясували все, що хотіли, - може, нас більше не будуть тут затримувати?” Антон недовірливо слухав ці аргументи друга, та врешті решт нічого іншого їм не залишалося, тільки як спробувати втілити цю ідею в життя. “Знаєш, - сказав він, -  перед нашою телефонною розмовою я якраз ніяк не міг розв’язати одну задачку. Умова така:  дві кульки з однаковими зарядами знаходяться на відстані R у вакуумі. Як зміниться сила взаємодії між ними, якщо заряди збільшити вдвічі, а відстань між ними зросте вчетверо?” Хлопці почали міркувати, і тут формула закону Кулона виникла у них в пам’яті сама собою, наче її хтось написав на невидимому екрані.

F=kq₁ q₂/r²

 “Якщо кожен заряд збільшити вдвічі, чисельник зросте в чотири рази, а збільшення відстані вчетверо збільшить знаменник у 16 разів, отже сила зменшиться в чотири рази! – Антон сам дивувався, як просто і легко він розв’язав задачу, над якою безуспішно просидів цілий вечір. – Тепер твоя черга”.  Павло подумав хвилинку і пригадав свою задачу : “Скільки надлишкових електронів міститься на кожній з двох однакових заряджених кульок, якщо відстань між ними становить один метр, а сила взаємодії дорівнює 9 міліньютон?  Якщо ми знаємо силу взаємодії і відстань між кульками, - легко знайти загальний заряд кульок, а оскільки сказано, що заряди кульок однакові, слід лише поділити загальний заряд навпіл. А скільки ж там на них надлишкових електронів?” – Тут на допомогу прийшов Антон. “Я читав, що заряд електрона – це найменший в природі негативний заряд, і він становить 1,6х10^-19 Кл. – Отже, знаючи заряд кульки і заряд одного електрона, можна легко знайти кількість електронів.”

Павло так захопився своїми роздумами над задачею, що не одразу помітив, що сидить за столом у своїй кімнаті, а перед ним лежать розгорнуті зошити і підручники з фізики. Позіхнувши та із задоволенням потягнувшись, він продовжив читати параграф. “І чого тільки не насниться під дощик! – подумав він. – Треба буде потім зателефонувати до Антона.”