في هذه التجربة سوفَ نجعلُ بالونًا عاديًا يصعدُ ويلتصق بالسقف - بطريقة يبدو فيها وكأنه بالونٌ مملوءٌ بالهيليوم الأخفّ من الهواء.
المعدات
- بالون - يجب استخدام بالون منفوخ إلى الحد الاقصى - حتى الحد الأقصى من قدرة اتساعه.
- شَعَر :-) - لفرك البالون فيه. يمكنكم استخدام سترة من الصوف أيضًا.
سير التجربة
يمكنكم مشاهدة سير التجربة في الفيديو المصور التالي:
ملاحظة: يُستحسن تطبيق التجربة في غرفة مغلقة، يكفي أن تمرّ نسمة هواء خفيفة من الشباك أو من الباب حتى تُسقط البالون.
الشرح
تتكون المواد التي نتعامل معها في حياتنا اليومية من جزيئات وذرات. تتكون كل ذرة من إلكترونات مشحونة بشحنة كهربائية سالبة والتي تُحيط البروتونات المشحونة بشحنة كهربائية موجبة. بشكلٍ عام، تكون المواد التي نقوم بملامستها متوازنة من الناحية الكهربائية، مما يعني أنّ الشحنات الإيجابية والسلبية الخاصة بها توازن بعضها البعض، ولا تحتوي المادة على شحنة كهربائية شاملة.
تتكون الكهرباء الساكنة عند حكّ، أو إلصاق وفصل مادتين (مثل الشعر والبلاستيك). حيث يؤدي التصاقهما ببعضهما وانفصالهما إلى "انتزاع" إلكترونات من إحداهما وانتقالها إلى المادة الأخرى. بهذه الطريقة تتكوّن شحنة كهربائية في كلتا المادتين - تُشحن المادة التي أضيفت إليها إلكترونات بشحنة سالبة بينما تشحن المادة التي انتُزعت منها الإلكترونات بشحنة موجبة.
تنجذب الشحنات الكهربائية المتعاكسة (الموجبة والسالبة) إلى بعضها البعض، بينما تتنافر الشحنات الكهربائية المتشابهة (السالب مع السالب أو الموجب مع الموجب). تفسّرُ هذه الحقيقة انجذاب الشعر إلى البالون بعد عملية الحكّ - ينتزع البالون إلكترونات من الشعر (يُشحن المطاط عادة بشحنة سالبة)، ويشحن بشحنة سالبة فيجذب إليه الشعرَ الذي يُشحن بشحنة موجبة. ولكن لماذا تنجذب الأشياء الصغيرة مثل الفلفل والملح إلى البالون؟ إنها غير مشحونة كهربائياً!
لكن لماذا يُسحب البالون إلى السقف - فهو ليس مشحونًا كهربائيًا؟
يمكن تفسير ذلك بواسطة ظاهرة الاستقطاب الكهربائي: عندما نقرّب بالوناً مطاطياً مشحوناً بكهرباء ساكنة إلى مادة أخرى، تمر هذه المادة بـ "استقطاب كهربائي"، كما يحدث للذرات والجزيئات، وذلك عن طريق عملية الحثّ - إذ تنتظم الإلكترونات التي في المادة وفقاً للقوة الكهربائية التي يؤثر بها البالون المشحون عليها. إذا كان البالون مشحوناً بشحنة كهربائية سالبة، فإن الإلكترونات التي في المادة التي يقترب البالون إليها تبتعد قليلاً نحو الاتجاه المعاكس فتصبح المادة مستقطبة، أي أن الجزء من المادة الذي يصبح فيه فائض نسبي من الإلكترونات هو الجزء البعيد عن البالون، بينما يكون الجزء الذي تنقصه إلكترونات (بشكل نسبي) قريباً من البالون وهو موجب الشحنة الكهربائية.
يمكنكم مشاهدة ذلك في الرسم المتحرك التالي:
النتيجة هي تكوّن قوة تجاذب كهربائية تعمل بين البالون وبين المادة التي اقترب منها البالون (بين شحنة البالون الكهربائية وبين القطب الكهربائي القريب منه، والذي شحنته الكهربائية معاكسة لشحنة البالون). لذلك سوف يلتصق البالون بالسقف. تعتمد قوة الجاذبية الكهربائية على المسافة، ومن ثمّ فإنّ التجاذب بين الشحنات السالبة في البالون والشحنات الموجبة في السقف أقوى من التنافر الذي تقوم الشحنات السالبة بتشغيله في الأماكن الأكثر بعدًا.
بسبب أنّ قوة الجاذبية تقوم بسحب البالون نحو الأسفل، من المهم إنشاء قوة كهربائية قوية بشكل كافي في البالون عن طريق حكّ قوي على سطح كبير للبالون، حتى ينجح في معاكسة الجاذبية ولمنع البالون من السقوط إلى الأرض.
عندما نقوم بسحب البالون فإنه يبتعد عن السقف، ويضعف تأثير القوة الكهربائية (كما ذكر سابقًا، تعتمد القوة الكهربائية على المسافة بين الشحنات. كلما كانت المسافة أكبر، تكون القوة أضعف). يكفي إبعاد البالون قليلًا حتى "تتغلب" قوة الجاذبية ويسقط البالون نحو الأرض كما هو الحال في كل بالون عادي.
من الجدير بالذكر
إذا كان لديكم قطة أو كلب في المنزل، يمكن أن تلعبوا لعبة جميلة معهم باستخدام بالون مشحون بالكهرباء الساكنة - فقط حاولوا عدم إغضابها أكثر من اللازم :). ليس هنالك أفضل من البحث عبر يوتيوب لإيجاد فيلم ملائم عن القطط:
الترجمة للعربيّة: بنان مواسي