Räägime natuke millestki, mis minu arust on üks
saladuslikemaid jõude universumis.
Tegelikult on minu arust kõik jõud universumis
üsna saladuslikud nii, et räägime
natuke laengust.
Ja me kõik oleme kuulnud laengust.
Lae akut.
Sellel osakesel on laeng.
Aga kui sa selle peale mõtled, siis kõik mis laeng tähendab, on
seda, et on selline omadus nimega laeng, ja me kõik teame,
et kui miski hoiab positiivset laengut -- ja selle nimetamine
positiivseks on natuke juhuslik.
Ega prootonitel ei ole väikest plussi peale kirjutatud.
Me oleksime võinud nad negatiivseks nimetada.
Aga kui millelgi on positiivne laeng ja kui
millelgi on veel positiivne laeng, siis
nad tõukuvad.
Me teame veel, et kui mul oleks midagi muud, üks teine
osake millel oleks juhtumisi negatiivne laeng, ja veel
kord, sõna "negatiivne" sellele rakendada on
täiesti juhuslik.
Nad oleks võinud need nimetada siniseks ja punaseks laenguks, aga kõik
mis me teame on see, et kui ühel objektil on teine laeng --
sellel juhul me kutsume seda negatiivseks -- siis see
tõmbub positiivse poole.
Mida me siis laengust teame?
Laeng on omadus, mis on osakestel ja, kui sa paned
piisavalt osakesi kokku, ma arvan objektidel on
ka see omadus.
Nii, et see on lihtsalt omadus.
Ja see on lihtsalt viis öelda, et
me ei tea, mis see on.
Ja ausalt öeldes, mitte keegi ei tea täpselt,
mis see on.
Päriselt ei tea keegi midagi täpselt.
Aga laeng on osakeste ja objektide
omadus, täpselt nagu mass.
Ma pean silmas, kui sa selle peale mõtled, mass on lihtsalt omadus.
Ja mingil tasandil tundub see tõelisem kui
laeng, sest meie ajud on sisse seatud kuigi palju
aru saama, mis mass on, aga tegelikult me saame aru
rohkem kaalust ja ruumalast kui massist, aga me saame selle
peale teine kord rohkem mõtelda.
Laeng on natuke abstraktsem, sest enne kui me
hakkasime merevaiku juustesse hõõruma, ei kogenud
me tegelikult laengut, kui me just välguga pihta ei saanud.
Nii, et laeng on omadus mis on osakestel või objektidel ja
me teame, et on kahte tüüpi laengut, mille me
oleme juhuslikult nimetanud positiivseks ja negatiivseks.
Ja me teame, et sarnased laengud tõukuvad ja vastanduvad laengud
tõmbuvad, või erinevad laengud tõmbuvad, jah?
Mis me sellega siis teha saame?
Noh, kui meil on see omadus, siis ma arvan et kasulik
oleks mõõta seda omadust, ja nii
mõtlesime me välja ühikud ning laengu ühik on
kulon.
See on nimetatud 1700-ndatel elanud teadlase,Coulomb, järgi, kes
mängis laenguga palju.
Te võite tema kohta rohkem uurida Wikipediast.
Aga selle nimi on kulon, ning kulon -- tal on
palju definitsioone kuid mulle meeldib mõelda kui
elementaarosakestest, sest kuigi kaugele,
kui sa ei lähe kvantteooriasse ja ei räägi
kvarkidest ja asjadest, on elementaarlaeng
laeng prootonil või neutronil.
Nii et ma lähen detailidesse tulevikus hoopis
aatomite struktuuris või milleski, aga las ma
toon ühe väikese näite.
Nüüd aatomites on tihti mõned neutronid, millel
ei ole seda laengu omadust.
Selles on mõned prootonid, millel
on positiivne laeng.
Veel kord, see on
juhuslikult defineeritud kui positiivne.
Me oleks võinud selle nimetada punaseks laenguks.
Ja siis on seal sellised asjad ümber hõljumas, mis on
palju, palju, palju kergemad prootonitest ja neutronitest
tuumas, neid kutsutakse elektronideks.
Pole isegi selge, et nad on päris objektid.
Nad on peaaegu nagu energia, aga mõnikord on kasulik
neid objektidena vaadelda.
Mõnikord on kasulike neid vaadelda kui--
noh, mitte objekte.
Ja me süveneme sellesse hiljem, aga elektronidel
on negatiivne laeng.
Ja väikseim laeng - nii palju kui see meid
praegu huvitab, enne kui me räägime kvarkidest
ja teistest võimalikest elementaarosakestest - on laeng
elektronis või prootonis.
Ja neil on täpselt sama laeng, ning seda
elementaarlaengut tähistatakse tähega e.
Ning kui aus olla, ei tea ma kas e tähendab
elementaar või elektron.
Aga tegelikult, e on võrdne laenguga prootonis nii, et
see ilmselt tähistab prootoni elementaarlaengut.
Ja laeng elektronis on selle negatiiv nii, et
negatiivne e on elektroni laeng.
Aga kui meid märk ei huvita, siis
suurused on samad.
See on siis elementaar nii kaugel kui me teame või
meie füüsikas.
See on elementaarlaeng.
Elementaarlaeng on lihtsalt laeng prootonis
või elektronis.
Kuidas siis kulon siia juurde käib?
Noh, 1 kulon, mida me märgime C-ga, on võrdne ja
see on üsna juhuslik number, aga kui me alustame
elektriga toimetamist, siis me näeme miks kulon
defineeriti nii, aga 1 kulon on 6.24 korda 10 astmes
18 elementaarlaengut.
Või sa võiksid öelda 6.24 korda 10 astmes 18
elektroni laengut -- tegelikult, ka
prootoni laengut, muidugi, suuruses.
Sest kui me ütleme lihtsalt kulon, siis ma
ei anna tegelikult suunda.
Kui sa vaatad seda teistpidi, siis sa võid öelda, et
elementaarlaeng on võrdne -- vähemalt selle suurus--
1.6 korda 10 astmes -19 kulonit.
Nii see on.
See võib olla kasulik number mida meeles pidada, aga
tavaliselt see antakse sulle mingil viisil.
Mis me siis teha saame?
Me ütleme, et nendel objektidel on selline omadus nimega laeng.
Sarnased laengud tõukuvad.
Erinevad laengud tõmbuvad.
Kui meil on piisavalt prootoneid koos, siis on
tervel objektil laeng.
Kui meil on rohkem prootoneid kui elektrone, siis meil on
positiivne laeng.
Kui meil on rohkem elektrone kui prootoneid, meil
on negatiivne laeng.
Ja me teame, et me oleme defineerinud selle laengu ühiku
kuloni, mis on mingi hulk elementaarlaenguid.
Mängime siis sellega ja üritame
mõõta laengut.
Osa sellest algsest-- me võiks seda nii kutsuda--
definitsioon mis laeng on, ma ütlesin et sarnased laengud
tõukuvad, jah?
Sarnased laengud tõukuvad, need mõlemad on positiivsed.
Nad tõukavad üksteist.
Ja erinevad laengud, see on negatiivne, see positiivne,
nad tõmbavad üksteist, jah?
Niisiis, definitsiooni järgi, kui nad liigutavad üksteist, need kaks
osakest kiirendavad
üksteisest eemale.
Need kaks osakest kiirendavad
üksteise poole.
Laeng nende osakeste vahel või laeng nendes
osakestes peab tekitama mingisuguse
jõu, jah?
Kui jõudu ei teki, siis nad ei
tõukuks või tõmbuks, ja siin me jõuame
Coulombi seaduseni, ja selle pärast on laengud
nimetatud Coulombi järgi.
Coulomb sai aru, et jõud kahe laengu vahel
on võrdne-- see on vektoriaalne suurus, ja
umbes 30 sekundi pärast, ma ütlen mis juhtub
suunaga-- võrdub mingi konstant korda esimene
laeng korda teine laeng jagatud nendevahelise
vahemaa ruuduga.
See on päris lahe, sest see näeb välja
väga-- kui me nimetame selle jõu, elektrijõu,
mis näeb välja nagu gravitatsioonijõu võrrand.
Las me kirjutan selle üles.
Gravitatsioonijõud kahe massi vahel on võrdne
gravitatsioonikonstant korda m1 korda m2 jagatud
nendevahelise vahemaa ruuduga.
Nii kaugel, kaks jõudu mis me oleme üle vaadanud, gravitatsiooniline, ja
nüüd me vaatame elektrijõudu ja kunagi me
laiendame selle elektromagneetiliseks jõuks, see tundub nagu
nad käituvad vahemaa tagant sama moodi, ja mõlemad
jõud toimivad vaakumis.
Vahet pole kas seal on õhku, kui seal ei ole
mingit vaheainet kahe osakese vahel, kuidagi nad
suhtlevad omavahel, mis minu
arust on hämmastav, õigus?
Seal ei ole midagi nende kahe osakese vahele, aga
kuidagi see osake teab, et teine osake on seal
ja see osake teab, et esimene osake on seal, ja nad
hakkavad liikuma ilma mingi-- nad ei ole ju
juhtmega ühenduses ja keegi ei ütle
teisele osakesele "Hei, seal on osake.
Hakka liikuma."
Ma ei tea kas see on teile sama hämmastav kui mulle, aga
mõtelge selle peale ja võib-olla see muutub.
Ja täpselt nagu gravitatsioon.
Ma mõtlen, kaks massi ei ole kuidagi ühenduses.
Nad võivad istuda kuskil vaakumis, aga kuidagi, nad teavad,
et teine osake on seal.
Kui me hakkame õppima erirelatiivsust ja
kõike seda, siis me õpime, et seal ei ole midagi, aga
võib-olla massid kujundavad kuidagi universumit.
Ja sama võib toimuda
ka elektrilaengutega.
Aga kõik mis me siiamaani teame on see, et meil on need laengud
ja, et nad rakendavad jõudu üksteisele, mis on võrdeline
nende vastavate laengute korrutisega jagatud
nendevahelise vahemaa ruuduga.
Ja see konstant siin, see on-- ma unustan selle alati.
Mis see oligi?
Ma arvan, et see on 6.-- Ma unustan alati mis see konstant on.
See on 9 korda 10 astmes 9.
See on ümardatud, loomulikult.
See oleks hämmastav, kui see oleks täpselt 9.
9 korda 10 astmes 9, ja ühik on njuutonmeeter
ruudus kulon ruudus kohta.
Miks on ühik selline?
Noh, sest lõpuks, meil on kulon,
siis meil on kulon ruudus jagatud
meeter ruuduga, ja me tahame, et lõpuks oleks njuuton nii, et
me tahame kulon ruudust lahti saada pannes selle
nimetajasse.
Me tahame lahti saada meeter ruudust pannes selle
nimetajasse, ja siis me saame lõpuks njuutonid, et saada
jõud, sealt see ühik tulebki.
Teades seda, arvutame välja
jõu kahe osakese vahel.
Ütleme, et mul on-- ma olen juba 10 minutit kulutanud üsna
venivale seletusele, kuid tegelikud ülesanded, mis sa näed
oma füüsikatunnis on üsna otsekohesed, kui asi
puudutab Coulombi seadust.
Seal on öeldud, hei, on üks positiivne-- on üks osake,
millel on positiivne laeng +, las ma mõtlen
ühe hea numbri, +5 korda 10 astmes -3
kulonit, see on siis positiivne laeng.
Ja siis on meil siin negatiivne laeng, ütleme siis,
et-- ma ei tea.
Kui kaugele ma nad panen?
Ütleme, et nad on poole meetri kaugusel üksteisest, 0,5 meetri kaugusel,
ja siis on negatiivne laeng mis on
10 korda 10 astmes -2 kulonit.
Kui suur on siis jõud nende kahe osakese vahel?
Kui me nad lihtsalt Coulombi seadusesse paneme, saame me
jõu elektri tõttu.
Elektrijõu.
Mitte elektri tõttu.
Me ei ole seda teinud veel.
Staatiline elektrijõud nende kahe osakese vahel on
võrdne konstant 9 korda 10 astmes 9 korda
esimene laeng korda 5 korda 10 astmes -3 korda
teine laeng-- las ma teen selle teist värvi-- korda
-10 korda 10 astmes -2, ma kirjutasin selle uuesti,
kuigi te ilmselt ei näe seda, jagatud
vahemaa ruuduga nii, et 0.5 ruudus.
Me lihtsalt rakendasime seda valemit.
See võurdub-- las ma vaatan.
Nii 9 korda 0,5 korda 10.
Ma teen 10 eraldi.
See on siis korda -10.
See on 0,5 korda -10 on 5 korda 9 on -45,
ja siis 10 astmes 9-3, seega 10 astmes 6, ja siis
-2, seega 10 astmes 4, korda 10 astmes
4, jagatud, mis on 0,5 ruudus?
See on 0,25?
Ja see võrdub millega?
See võrdub 4 korda see ülemine osa, 160, pluss see on võrdne
-180 korda 10 astmes 4 njuutonit.
Ja tegelikult, see võib tunduda nagu suur number, aga päriselt
need laengud, mis ma siia panin on üsna suured laengud,
ja loodetavasti te saate aimu milline on suur või
väike laeng hiljem.
Aga need on mõistliku suurusega laengud, ja sellepärast
on rakendatud jõud üsna suur nende
kahe osakese vahel.
Nüüd, me saime negatiivse arvu, mis see tähendab?
Nii, me teame, et erinevad laengud tõmbuvad, eks?
Peaaegu definitsiooni järgi.
Sellisel juhul, meil olid positiivne ja negatiivne nii,
et meil oli lõpuks negatiivne jõud kui me kasutasime Coulombi
seadust, see tähendab, et jõud tõmbab neid kahte osakest
üksteise poole lühimat nendevahelist trajektoori pidi.
Ma mõtlen, et see ei pane neid liikuma mööda kaart.
See on loogiline.
Kui meil oleks seal positiivne, see tähendaks, et jõud oleks
neid osakesi tõukav.
Ja kui sa kunagi segadusse satud, lihtsalt mõtle selle peale.
Kui nad on mõlemad negatiivsed, siis nad tõukuvad.
Kui mõlemad on positiivsed, siis nad tõukuvad.
Ma näen teid järgmises videos.