-
בואו נדבר קצת על מה שאני רואה
-
כאחד הכוחות הכי מסתוריים ביקום.
-
למעשה, אני חושב שכל הכוחות של היקום
-
מסתוריים למדי. אז בואו נדבר
-
מעט על מטען.
-
וכולנו שמענו על מטען.
-
לטעון את הבטרייה,
-
לחלקיק הזה יש מטען...
-
אבל כשחושבים על זה, המשמעות של מטען היא
-
שיש תכונה שנקראת מטען, וידוע
-
שאם משהו מכיל מטען חיובי,
-
ולקרוא לזה חיובי זה קצת שרירותי.
-
זה לא כאילו כתוב על הפרוטונים הסימן + .
-
יכולנו לקרוא להם שלילים.
-
אך כאשר יש מטען חיובי
-
ולחלקיק אחר יש מטען חיובי, אז
-
הם דוחים אחד את השני.
-
אנחנו גם יודעים לומר שאם היה לי משהו אחר,
-
חלקיק אחר בעל מטען שלילי, ושוב,
-
השם "שלילי" שניתן לזה נבחר
-
באופן שרירותי.
-
יכלו לקרוא לזה מטען כחול ומטען אדום אבל
-
כל שאנחנו יודעים הוא שכאשר לגוף יש את המטען ההפוך,
-
במקרה זה נקרא לו שלילי -
-
הוא ימשך למטען החיובי.
-
אז מה ידוע לנו על מטען?
-
מטען זו תכונה שיש לחלקיקים, ואם מקבצים מספיק
-
חלקיקים ביחד, אני מניח שגם לעצמים
-
יש את התכונה הזו
-
אז זו רק תכונה.
-
וזו דרך לומר שאני לא באמת
-
יודע מזה זה.
-
ולמען האמת, אף אחד לא באמת
-
יודע מה זה.
-
למעשה אף אחד לא באמת יודע שום דבר.
-
אבל מטען זו תכונה של חלקיקים
-
ושל עצמים, כמו מסה.
-
כלומר, אם תחשבו על זה, מסה היא רק תכונה.
-
וברמה מסוימת, זה נראה קצת יותר אמיתי
-
מאשר מטען, כי המוחות שלנו מתוכננים בצורה כלשהי
-
להבין מה זה מסה, אבל אנחנו כנראה מבינים יותר
-
משקל ונפח מאשר מסה, אבל אנחנו יכולים
-
לחשוב על זה יותר בפעם אחרת.
-
מטען הוא קצת יותר מופשט כי לפני
-
שהתחלנו לשפשף ענבר על השיער שלנו, לא באמת
-
חווינו ממש מטען, אלא אם הוכינו על ידי ברק.
-
אז מטע זו תכונה של מטענים או חלקיקים,
-
ואנחנו יודעים שיש שני סוגים של מטען,
-
שקראנו להם באופן שרירותי חיובי ושלילי.
-
ואנחנו יודעים שמטענים זהים נדחים ומטענים מנוגדים נמשכים
-
או מטענים לא-זהים נמשכים, כן?
-
אז מה אנחנו עושים עם זה?
-
ובכן, אם יש לנו א התכונה הזו, אני חושב
-
שדבר שימושי לעשות הוא למדוד את התכונה, וכך
-
המציאו את היחידות. אז היחידות של מטען נקראות
-
קולון.
-
זה נקרא על שם מדען במאה ה18, ששיחק
-
הרבה עם מטען.
-
אתם יכולים לחפש עליו עוד בויקיפדיה.
-
אבל זה נקרא קולון, והקולון - יש
-
הרבה הגדרות, אבל אני אוהב לחשוב על זה במונחים
-
של חלקיקים יסודיים, רק מכיוון שברמה מסוימת,
-
אלא אם נכנסים לתורת הקוונטים ומתחילים לדבר על
-
קווארקים וכאלה, המטען היסודי
-
הוא המטען של פרוטון או ניוטרון.
-
אז אני אכנס ליותר פרטים בעתיד על
-
המבנה של אטומים וכל השאר, אבל תנו לי
-
רק לצייר דוגמא קטנה.
-
אז באטום לרוב יש כמה ניוטרונים,
-
שלהם אין את תכונת המטען.
-
ויהיו בו כמה פרוטונים, שלהם
-
יש מטען חיובי.
-
ושוב, זה קצת
-
שרירותי לקרוא לזה חיובי.
-
יכולנו לקרוא לזה מטען אדום.
-
ואז יש את הדברים האלה שמרחפים מסביב שהם
-
הרבה, הרבה, הרבה יותר קטנים מהפרוטונים והניוטרונים
-
שבגרעין, ואלה נקראים האלקטרונים.
-
זה אפילו לא ברור שהם באמת עצמים.
-
הם כמעט כמו אנרגיה, אבל לפעמים שימושי
-
להסתכל עליהם כעל עצמים.
-
לפעמים זה שימושי להסתכל עליהם כ...
-
ובכן, לא עצמים.
-
ואנחנו ניכנס לכל זה יותר מאוחר, אבל לאלקרטונים יש
-
מטען שלילי.
-
והיחידה היסודית של מטען, ומבחינתנו
-
כרגע, לפני שאנחנו מדברים על קווארקים
-
ועוד חלקיקים תת-אטומיים פוטנציאלים, הוא המטען
-
באלקטרון או פרוטון.
-
ויש להם בדיוק את אותו המטען, והמטען
-
היסודי הזה מסומן בe.
-
ולמען האמת, אני לא בטוח אם e בא
-
מהמילה elementary או שe בא מelectron.
-
אבל למעשה, e שווה למטען של פרוטון,
-
אז כנראה שזה מסמל את המטען היסודי (elementary) של פרוטון.
-
והמטען של אלקטרון הוא הנגדי של זה,
-
אז מינוס e הוא המטען של אלקטרון.
-
אבל אם לא היה איכפת לנו מסימן,
-
הגודל הוא אותו הדבר.
-
אז זה היסודי עד כמה שאנחנו יודעים
-
בפיזיקה שלנו.
-
זה המטען היסודי.
-
היחידה היסודית של מטען היא פשוט המטען של פרוטון
-
או ניוטרון.
-
אז איך קולון מתקשר לזה?
-
ובכן, קולון אחד, שאסמן עם האות C, שווה ל...
-
וזה מספר קצת שרירותי, אבל כשנתחיל
-
לעשות דברים עם חשמל, נבין למה הקולון
-
הוגדר כך, אבל קולון שווה ל6.24 כפול 10
-
בחזקת 18 e-ים.
-
או שאפשר לומר שזה 6.24 כפול 10 בחזקת 18 פעמים
-
המטען של אלקטרון. למעשה, כפול המטען של
-
פרוטון, ואז כמובן, במובנים של גודל.
-
כי אם אני אומר קולון, אני לא
-
ממש נותן כיוון.
-
אז אם מסתכלים מהצד השני, אפשר לומר
-
שהמטען היסודי - לפחות הגודל שלו -
-
שווה ל1.6 כפול 10 בחזקת מינוס 19 קולון.
-
אז בסדר.
-
זה עשוי להיות שימושי לשנן את זה, אבל לרוב
-
זה ינתן לכם באיזושהי צורה.
-
אז מה אפשר לעשות?
-
אנחנו אומרים שלעצמים האלה יש תכונה שנקראת מטען.
-
מטענים דומים דוחים זה את זה.
-
ומטענים שונים נמשכים זה לזה.
-
אם יש לנו מספיק מהפרוטונים האלה ביחד, אז
-
לעצם כולו יש מטען.
-
אם יש לנו יותר פרוטונים מאלקטרונים, אז יש
-
לנו מטען חיובי.
-
אם יש לנו יותר אלקטרונים מפרוטונים, יש
-
לנו מטען שלילי.
-
ואנחנו יודעים שהגדרנו את יחידת המטען שנקראת
-
קולון, שזה פשוט הרבה מטענים יסודיים ביחד.
-
אז בואו נשחק עם זה קצת
-
ונראה אם אנחנו יכולים למדוד מטען.
-
אז חלק מההתחלה, אני מניח שאפשר לקרוא לזה,
-
ההגדרה של מטען, כמו שאמרתי, מטענים זהים
-
נדחים, כן?
-
מטענים זהים נדחים אז שני אלה חיוביים.
-
אז הם הולכים לדחות זה את זה.
-
ומטענים שונים , אם זה שלילי, וזה חיובי,
-
הם הולכים למשוך אחד את השני, כן?
-
אז לפי הגדרה, אם הם זזים אחד כלפי השני, שני
-
החלקיקים הללו הולכים להאיץ
-
בכיוון מנוגד אחד לשני.
-
ושני אלה הולכים להאיץ
-
אחד כלפי השני.
-
והמטען בין שני החלקיקים האלה או המטען
-
בכל אחד מהחלקיקים חייב ליצור סוג של
-
כח, נכון?
-
אם אין שום כוח שנוצר, אז הם לא
-
ידחו או ימשכו אחד לשני, ואז אנחנו מגיעים
-
לחוק קולון, וזו הסיבה שקראנו למטען
-
על שם קולון.
-
קולון הסיק שהכח שמופעל בין שני מטענים
-
שווה ל - וזה הולך להיות וקטור,
-
ועוד 30 שניות אני אסביר לכם מה קורה
-
עם הכיוון - שווה לקבוע כלשהו כפול
-
המטען הראשון כפול המטען השני חלקי המרחק
-
ביניהם בריבוע.
-
אז זה די מגניב כי זה נראה ממש דומה
-
אם נקרא לזה כח, הכח החשמלי,
-
נראה ממש דומה למשוואת הכח הגרביטציוני.
-
אני אכתוב את זה.
-
כח הכבידה בין שתי מסות שווה
-
לקבוע הגרביטציה כפול m1 כפול m2 חלקי
-
המרחק ביניהם בריבוע.
-
אז בינתיים, שני הכוחות שכיסינו, כבידה
-
ועכשיו אנחנו מכסים את הכח החשמלי שבסופו של דבר
-
נרחיב אותו לכח האלקטרומגנטי, זה נראה כאילו
-
הם פועלים במרחק באופן זהה, ושני
-
הכוחות פועלים בריק.
-
אז זה לא משנה אם אין לך אוויר, אם אין
-
שום חומר בין שני החלקיקים, איכשהו הם
-
מתקשרים זה עם זה, מה שאני מוצר
-
כדבר מדהים, נכון?
-
אין לכם שום דבר בין שני החלקיקים, אבל
-
איכשהו, החלקיק הזה יודע שהחלקיק ההוא שם,
-
והחלקיק ההוא יודע שהחלקיק הזה שם, והם
-
מתחילים לזוז בלי - זה לא כאילו יש
-
ביניהם חוט שמחבר ביניהם ומישהו
-
שאומר לחלקיק, היי, יש שם חלקיק,
-
תתחיל לזוז.
-
אז אני לא יודע אם אתם מוצאים שזה מדהים כמו שאני חושב,
-
אבל אם תחשבו על זה, אולי זה יקרה.
-
וזה כמו הכבידה.
-
אני מתכוון, שתי המסות לא מחוברות בשום דרך.
-
הן יכולות לשבת בריק, אבל איכשהו, הן יודעות
-
שיש שם עוד חלקיק.
-
וכשאנחנו מתחילים ללמוד על היחסות הפרטית
-
וכל זה, אנחנו לומדים שאין שם שום דבר,
-
אבל אולי המסות האלו איכשהו באמת משנות את היקום.
-
ואולי זה גם מה שקורה
-
עם המטענים החשמליים.
-
אבל כל שאנחנו יודעים בנקודה זו היא שיש לנו שני מטענים
-
והם מפעילים כח אחד על השני שפרופורציונלי
-
למכפלת המטענים שלהם חלקי
-
ריבוע המרחק ביניהם.
-
והקבוע הזה כאן, זה... אני תמיד שוכח.
-
מה זה היה?
-
אני חושב ש6... אני תמיד שוכח את הקבוע הזה.
-
זה 9 כפול 10 בחזקת 9.
-
זה מעוגל, כמובן.
-
זה היה מדהים אם זה היה בדיוק 9.
-
9 כפול 10 בתשיעית, והיחידות הן ניוטון - מטר
-
בריבוע חלקי קולון בריבוע.
-
ולמה אלו היחידות?
-
ובכן, פחות או יותר כי בסוף, יש לנו קולון,
-
וקולון, אז יהיה לנו קולון בריבוע, חלקי
-
מטר בריבוע, ואנחנו רוצים לקבל בסוף ניוטון, אז אנחנו
-
רוצים לבטל את הקולון בריבוע ולשים את זה
-
במכנה.
-
ואנחנו רוצים לבטל את המטר בריבוע ונשים את זה
-
במונה, ואז נסיים עם ניוטון כדי לקבל
-
את הכח, אז מכאן נובעות היחידות.
-
אז בהינתן זה, בואו נברר
-
מה הכח בין שני חלקיקים.
-
אז בואו נגיד שיש לי... העברתי 10 דקות עם הסבר
-
די מורחב, אבל הבעיות שבעצם תראו
-
בשיעורי הפיזיקה יהיו די ישירות
-
כשזה נוגע לחוק קולון.
-
אז בואו נגיד, שיש לנו חלקיק... יש לנו חלקיק
-
כאן עם מטען חיובי של, תנו לי לחשוב
-
על מספר טוב, פלוס 5 כפול 10 בחזקת מינוס 3
-
קולון, אז זה המטען החיובי.
-
ונגיד שיש לי מטען שלילי כאן, אז נגיד
-
ש... אני לא יודע.
-
כמה רחוק אשים אותם?
-
נגיד שהם במרחק של חצי מטר, 0.5 מטרים ביניהם,
-
והמטען השלילי הזה יהיה 10..
-
מינוס 10 כפול 10 בחזקת מינוס 2 קולון.
-
אז מה הכח בין שני החלקיקים?
-
אז אם פשוט נציב אותם בחוק קולון, נקבל
-
את הכח שנובע מהחשמל.
-
הכח החשמלי.
-
לא נובע מהחשמל,
-
עוד לא הגענו לשם.
-
הכח החשמלי הסטטי בין שני החלקיקים
-
שווה לקבוע 9 כפול 10 בתשיעית
-
כפול המטען הראשון שהוא 5 כפול 10 בחזקת מינוס 3 כפול
-
המטען השני - אכתוב את זה בצבע אחר - כפול
-
מינוס 10 כפול 10 בחזקת מינוס 2 - רק כתבתי את זה מחדש,
-
למרות שאתם כנראה לא רואים את זה - חלקי
-
המרחק ביניהם בריבוע, אז 0.5 בריבוע.
-
פשוט נציב בנוסחא.
-
אז זה שווה...
-
9 כפול 0.5 כפול 10
-
אני הולך לעשות את ה10 בנפרד.
-
אז זה כפול מינוס 10
-
זה 0.5 כפול מינוס 10 וזה מינוס 5 כפול 9 אז זה מינוס 45,
-
ואז 10 בתשיעית פחות 3, אז זה 10 בשישית,
-
ואז מינוס 2 אז 10 ברביעית - כפול 10
-
ברביעית - חלקי... כמה זה 0.5 בריבוע?
-
זה 0.25, כן?
-
אז למה זה שווה?
-
זה שווה ל4 כפול החלק העליון, 160, ועוד
-
זה שווה למינוס 180 כפול 10 ברביעית ניוטון.
-
ולמעשה, זה עשוי להיראות כמו מספר מאוד גדול, אבל
-
המטענים ששמתי כאן הם למעשה גדולים למדי,
-
ובתקווה אתם תקבלו תחושה של מהו מטען גדול
-
ומהו מטען קטן יותר מאוחר.
-
אבל אלה מטענים גדולים למדי, זו הסיבה
-
שהם יוצרים כח יחסית גדול בין
-
שני החלקיקים.
-
אז קיבלנו מספר שלילי, מה זה אומר?
-
ובכן, אנחנו יודעים שמטענים שונים נמשכים, כן?
-
כמעט לפי הגדרה.
-
במקרה הזה, היה לנו מטען חיובי ושלילי, אז
-
כשאנחנו מקבלים כח שלילי כשאנחנו משתמשים
-
בחוק קולון, זה אומר שהכח ימשוך את שני החלקיקים
-
אחד כלפי השני במרחק הקצר ביותר ביניהם.
-
כלומר, אני לא אגרום להם לנוע בקו עקום.
-
זה די הגיוני.
-
אם היה לנו מטען חיובי כאן, אז הכח
-
היה דוחה את שני החלקיקים.
-
ואם אי פעם תתבלבלו, פשוט חשבו על זה.
-
אם שניהם שליליים, הם הולכים להידחות.
-
אם שניהם חיוביים, הם הולכים להדחות ((סאל אמר attract אך הוא התבלבל))
-
נתראה בסרטון הבא.