TREŚĆ:
Zadanie 10.
Kilkanaście lat po tym, jak J.J. Thomson odkrył elektron, Robert A. Millikan wykonał doświadczenie, w którym wyznaczył ładunek elektryczny elektronu.
W jednej z wersji tego doświadczenia naelektryzowane kropelki oleju poruszały się w powietrzu, w obszarze jednorodnego pola elektrycznego, pomiędzy równoległymi i przeciwnie naładowanymi płytkami metalowymi. Do naelektryzowania kropelek oleju wykorzystano wiązkę jąder helu 4He, uzyskaną podczas rozpadu alfa jąder plutonu 239Pu.
Kropelki oleju rozpylano w obszar pola elektrycznego. Obserwacja ruchu kropelki pod mikroskopem pozwalała wyznaczyć jej prędkość (zobacz rysunek poniżej).

Na dodatnio naelektryzowane kropelki oleju działają:
- siła grawitacji
- siła oporu powietrza, której wartość jest wprost proporcjonalna do wartości prędkości kropelki:
- siła elektryczna (wtedy, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest włączone).
Informacja do zadań 10.1. i 10.2.
Kropelka, która w obszarze pomiędzy płytkami wytraciła poziomą składową prędkości na skutek działania siły oporu powietrza, może – zależnie od wartości natężenia pola elektrycznego pomiędzy płytkami – pozostawać w spoczynku, wznosić się lub opadać pionowo.
Przyjmij, że ruch kropelki opisujemy w układzie inercjalnym.
Zadanie 10.1.
W sytuacji, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest wyłączone, kropelka o masie i ładunku opada pionowo ze stałą prędkością o wartości . Natomiast w sytuacji, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest włączone (oraz natężenie pola ma odpowiednią wartość) kropelka o masie i ładunku wznosi się pionowo ze stałą prędkością o wartości .
Oblicz iloraz – wartości siły elektrycznej działającej na wznoszącą się kropelkę i wartości siły grawitacji działającej na tę kropelkę.
ROZWIĄZANIE:
Uzasadnienie:
Naszym zadaniem jest obliczenie ilorazu wartości siły elektrycznej działającej na wznoszącą się kropelkę i wartości siły grawitacji działających na kropelkę. W pierwszym przypadku na kropelkę działa siła grawitacji skierowana pionowo w dół i siła oporu powietrza skierowana pionowo w górę. Kropelka porusza się ze stałą prędkością, więc siły działające na kropelkę muszą się równoważyć.
gdzie:
- wartość siły oporu powietrza,
- wartość siły grawitacji.
W drugim przypadku na kropelkę działa siła grawitacji skierowana pionowo w dół, siła oporu powietrza skierowana pionowo w dół i siła elektryczna skierowana pionowo w górę. Kropelka porusza się ze stałą prędkością, więc siły działające na kropelkę muszą się równoważyć.
gdzie:
- wartość siły elektrycznej,
- wartość siły oporu powietrza.
W drugim przypadku kropelka porusza się z dwukrotnie większą szybkością, więc działająca na nią siła oporu będzie również dwukrotnie większa niż w przypadku pierwszym.
Stąd:
Odpowiedź:
Iloraz wartości siły elektrycznej działającej na wznoszącą się kropelkę i wartości siły grawitacji działających na kropelkę wynosi .
Rafał Guzik
Nauczyciel fizyki
Zobacz lekcje, które wyjaśnią temat krok po kroku:
Tutaj pojawi się lista Twoich książek
Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.

