Липкая электростатика (К.Ю. Богданов)

Каждому известна проблема, возникающая при использовании клейкой ленты - трудно бывает найти начало ленты (место предыдущего обрыва), т.к. она очень тонкая и плотно прилегает к рулону. После того, как это удаётся сделать, и первый отрезок ленты использован, мы сталкиваемся опять с той же проблемой – отстоящий от рулона конец ленты, как только мы отпускаем его, движется к рулону и приклеивается к нему. Происходит это из-за того, что клейкая лента и рулон при отрывании друг от друга электризуются, заряжаясь разноимёнными зарядами.

Клейкая лента при отрывании от рулона заряжается положительно. Это можно легко проверить, приклеив отрезок клейкой ленты к плафону выключенной настольной лампы. Такая свободно висящая лента будет притягиваться к пластмассовой расчёске, которой незадолго до этого мы приводили в порядок причёску.

С помощью простого опыта можно оценить плотность зарядов, появляющихся на поверхности ленты при сматывании с рулона. В моём опыте была использована клейкая лента шириной 48 мм и толщиной 45 мкм, сделанная из полиэтилена плотностью 910 кг/м³.

Приклеим к плафону два отрезка клейкой ленты длиной L = 30 см и измерим, на какое расстояние разошлись два свободно свисающих конца (см. рисунок сверху). В моём опыте верхние концы ленты отстояли на d₁ = 10 см, а нижние – в среднем на d₂ = 18см. Убедиться в том, что отрезки лент отталкиваются именно электростатически очень легко. Достаточно зажженную спичку на несколько секунд поместить рядом и между свисающими отрезками лент, и ленты станут параллельными, так как поднимающиеся вверх ионы, заряженные частички пыли и копоти быстро нейтрализуют заряд отрезков лент.

Простые расчёты показывают, что отрезок такой ленты длиной в 30 см имеет массу m = 0,57 г. Очевидно, что при равновесии момент силы тяжести, действующей на правый отрезок ленты, относительно точки О должен компенсироваться моментом кулоновских сил относительно т.О, действующих со стороны левого отрезка. Чтобы упростить решение, будем считать, что результирующая F_К кулоновских сил приложена там же, где и сила тяжести – в точке пересечения диагоналей отрезка клейкой ленты. Тогда вышеупомянутое условие равенство моментов можно записать следующим образом:

откуда следует, что

Уравнение (2) позволяет оценить заряд q, имеющийся на каждом из отрезков клейкой ленты, который оказывается равным около 40 нКл. Так как площадь ленты составляет 4,8´30 = 144 см², то плотность зарядов на ленте близка к 0,3 нКл/см². Таким образом, чтобы "отрезать" 1 нКл, надо взять около 3 см² только-что оторванной клейкой ленты.

Резюме автора на РУССКОМ и АНГЛИЙСКОМ.

Отзывы можно оставить в ГОСТЕВОЙ книге.

	В издательстве "Просвещение" в 2009 году вышла моя научно-популярная книжка Что могут нанотехнологии. Книга представляет собой краткое изложение одноимённого элективного курса лекций, который был прочитан учащимся лицея №1586 г. Москвы в 2007-2008 г.г. Книжка адресована учащимся старших классов, студентам младших курсов и учителям. Содержание некоторых глав книжки можно найти ЗДЕСЬ.
	Издательство "Просвещение" в 2009 году выпустило мою научно-популярную книжку Не только о физике яйца, в которой действие законов физики показано в будничных фактах и явлениях. Книга представляет собой выдержки из элективного курса «Наука и техника для любознательных», прочитанного автором в лицее 1586 г. Москва. Книга адресована учащимся старших классов, студентам и учителям, а также всем любознательным. Содержание некоторых глав книги можно посмотреть ЗДЕСЬ.
	В 2008 году издательство "Просвещение" выпустило написанный мною учебник фиксированного формата, входящий в учебно-методический комплект "Архимед". Материал учебника предназначен для изучения физики на базовом уровне (2 ч в неделю) и соответствует федеральному компоненту Государственного стандарта общего образования. Учебник содержит, кроме теоретического материала, лабораторные работы, задачи с ответами, словарь терминов, краткие сведения об ученых, таблицы физических величин, список литературы и список информационных электронных ресурсов. Оглавление учебника можно посмотреть ЗДЕСЬ.