Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5529
2017-12-02 
На деревянном столе стоит прозрачная пластиковая бутылка из-под газировки, примерно наполовину наполненная сахаром и завинченная крышкой. Незнайка взял бутылку за дно, встряхнул и поставил обратно. При этом кристаллики сахара прилипли к внутренней поверхности бутылки. Почему, если к поверхности бутылки поднести палец (даже не дотрагиваясь), сахаринки с внутренней стороны поверхности тут же от пальца упрыгивают, перескакивая на соседние участки или падая вниз?
Решение:
В результате трения сахаринок о стенки бутылки и друг о друга и стенки (участки поверхности стенок) сахаринки приобретают электрические заряды. Сахар и пластик (из которого изготовлена бутылка) плохо проводят электричество, поэтому заряды, попавшие на поверхность пластика и кристалликов сахара во время встряски, могут достаточно долго (десятки минут) оставаться на своих местах (пока бутылку трясли, противоположные заряды возникали на пластике и сахаре в результате трения, а также могли переходить с одной поверхности на другую во время непосредственного соприкосновения этих поверхностей, например, при ударе сахаринок друг о друга; когда тряска закончилась и сахаринки «улеглись» большая часть их поверхности, а также поверхности стенок бутылки, ни с чем не соприкасается и попавшие на эти поверхности заряды так там и остаются — с одной стороны сахар или пластик, с другой — воздух, и то и другое — диэлектрики).
Очевидно, силы электростатического взаимодействия этих зарядов вместе с силами тяжести, реакции и трения покоя и удерживают на внутренней поверхности бутылки «прилипшие» к ней сахаринки (заметим, что силы электростатического взаимодействия в данном случае — это не обязательно силы притяжения; силы отталкивания здесь вполне могут выполнять роль «подпорок»).
Когда мы подносим к бутылке палец, это вызывает перераспределение зарядов и нарушает сложившееся равновесие сил — часть сахаринок «оказываются лишними» и падают вниз или же находят для себя «более удобное» место (возможно, даже выше исходного).
Палец является проводником электричества (его удельное электрическое сопротивление намного меньше сопротивления сахара и пластика) и поэтому взаимодействует с электрическими зарядами. Напомним, что электрический заряд притягивается к незаряженному проводнику (он «собирает» на проводнике заряды противоположного себе знака «поближе к себе» и притягивается к ним сильнее, чем отталкивается от зарядов своего знака, оставшихся дальше). (Именно поэтому опыт получается лучше, если бутылка стоит на непроводящем деревянном столе, а не на металлическом.) Человек, проводящий опыт (Незнайка) вполне может оказаться и заряженным (вместе со своим пальцем) — для этого достаточно пройтись по сухому линолеуму или ковровой дорожке (в одном из подмосковных домов отдыха этот эффект наблюдается особенно наглядно — если человек идёт по коридору с ковровой дорожкой мимо высоких окон с занавесками — занавески «пытаются» его обернуть, если после этого дотронуться до металлических перил на лестнице — бьёт током).
Предлагая эту задачу, жюри турнира надеялось без труда определить знаки заряда поверхности бутылки и сахаринок и написать об этом в решении. Но это оказалось не так просто. Выяснилось (по отклонению в электрическом и магнитном полях), что среди летающих по бутылке мелких частиц есть заряженные как положительно, так и отрицательно. Наблюдая за происходящим, к тому же невозможно понять, какие из этих частиц — сахаринки, какие — содранные при встряхивании с поверхности бутылки кусочки пластика, а какие (возможно) — слипшиеся «снежки» из сахаринок и кусочков пластика. Видимо, единственный способ решить проблему, это поймать такую частицу; придумать простой способ ловли нам не удалось. . .
Видимо, полёты таких мелкие частичек и являются основной причиной, по которой заряды «стекают» с более крупных сахаринок, и те, в свою очередь, отваливаются от стенок бутылки. Поднося палец, мы, очевидно, не только непосредственно влияем на статическое равновесие сахаринок, но и изменяем траектории полёта этих незаметных мелких частичек, что через некоторое время также сказывается на поведении «крупных» сахаринок.
На деревянном столе стоит прозрачная пластиковая бутылка из-под газировки, примерно наполовину наполненная сахаром и завинченная крышкой. Незнайка взял бутылку за дно, встряхнул и поставил обратно. При этом кристаллики сахара прилипли к внутренней поверхности бутылки. Почему, если к поверхности бутылки поднести палец (даже не дотрагиваясь), сахаринки с внутренней стороны поверхности тут же от пальца упрыгивают, перескакивая на соседние участки или падая вниз?
Решение:
В результате трения сахаринок о стенки бутылки и друг о друга и стенки (участки поверхности стенок) сахаринки приобретают электрические заряды. Сахар и пластик (из которого изготовлена бутылка) плохо проводят электричество, поэтому заряды, попавшие на поверхность пластика и кристалликов сахара во время встряски, могут достаточно долго (десятки минут) оставаться на своих местах (пока бутылку трясли, противоположные заряды возникали на пластике и сахаре в результате трения, а также могли переходить с одной поверхности на другую во время непосредственного соприкосновения этих поверхностей, например, при ударе сахаринок друг о друга; когда тряска закончилась и сахаринки «улеглись» большая часть их поверхности, а также поверхности стенок бутылки, ни с чем не соприкасается и попавшие на эти поверхности заряды так там и остаются — с одной стороны сахар или пластик, с другой — воздух, и то и другое — диэлектрики).
Очевидно, силы электростатического взаимодействия этих зарядов вместе с силами тяжести, реакции и трения покоя и удерживают на внутренней поверхности бутылки «прилипшие» к ней сахаринки (заметим, что силы электростатического взаимодействия в данном случае — это не обязательно силы притяжения; силы отталкивания здесь вполне могут выполнять роль «подпорок»).
Когда мы подносим к бутылке палец, это вызывает перераспределение зарядов и нарушает сложившееся равновесие сил — часть сахаринок «оказываются лишними» и падают вниз или же находят для себя «более удобное» место (возможно, даже выше исходного).
Палец является проводником электричества (его удельное электрическое сопротивление намного меньше сопротивления сахара и пластика) и поэтому взаимодействует с электрическими зарядами. Напомним, что электрический заряд притягивается к незаряженному проводнику (он «собирает» на проводнике заряды противоположного себе знака «поближе к себе» и притягивается к ним сильнее, чем отталкивается от зарядов своего знака, оставшихся дальше). (Именно поэтому опыт получается лучше, если бутылка стоит на непроводящем деревянном столе, а не на металлическом.) Человек, проводящий опыт (Незнайка) вполне может оказаться и заряженным (вместе со своим пальцем) — для этого достаточно пройтись по сухому линолеуму или ковровой дорожке (в одном из подмосковных домов отдыха этот эффект наблюдается особенно наглядно — если человек идёт по коридору с ковровой дорожкой мимо высоких окон с занавесками — занавески «пытаются» его обернуть, если после этого дотронуться до металлических перил на лестнице — бьёт током).
Предлагая эту задачу, жюри турнира надеялось без труда определить знаки заряда поверхности бутылки и сахаринок и написать об этом в решении. Но это оказалось не так просто. Выяснилось (по отклонению в электрическом и магнитном полях), что среди летающих по бутылке мелких частиц есть заряженные как положительно, так и отрицательно. Наблюдая за происходящим, к тому же невозможно понять, какие из этих частиц — сахаринки, какие — содранные при встряхивании с поверхности бутылки кусочки пластика, а какие (возможно) — слипшиеся «снежки» из сахаринок и кусочков пластика. Видимо, единственный способ решить проблему, это поймать такую частицу; придумать простой способ ловли нам не удалось. . .
Видимо, полёты таких мелкие частичек и являются основной причиной, по которой заряды «стекают» с более крупных сахаринок, и те, в свою очередь, отваливаются от стенок бутылки. Поднося палец, мы, очевидно, не только непосредственно влияем на статическое равновесие сахаринок, но и изменяем траектории полёта этих незаметных мелких частичек, что через некоторое время также сказывается на поведении «крупных» сахаринок.
