Fisica per le superiori/Il pendolo di torsione e l’interazione elettrica

Sono molti gli esperimenti che possono essere realizzati con un pendolo di torsione. In precedenza, avevamo osservato che un oggetto elettrizzato, attraverso lo strofinamento con un panno di lana, è in grado di esercitare attrazione su un corpo neutro, sospeso su un pendolo di torsione.

Ora, ripetiamo l’esperimento con materiali di tipo diverso. Scopriremo che i materiali si possono dividere in tre categorie diverse. Una prima distinzione si può riconoscere provando a strofinare energicamente un oggetto di metallo. Dopo qualche tempo, ci si rende conto che è impossibile realizzare in questo modo qualunque effetto di elettrizzazione.

Definizione

• I materiali che non possono essere elettrizzati per strofinamento sono detti materiali conduttori.
• I materiali che si possono elettrizzare per strofinamento sono detti materiali isolanti.

Proviamo ora ad approfondire le caratteristiche dell’interazione elettrostatica tra corpi isolanti. Prepariamo un pendolino elettrostatico con una bacchetta di vetro e strofiniamola energicamente, fino a ottenere una robusta elettrizzazione. Avvicinando alla bacchetta un qualunque corpo neutro, dovremmo riconoscere la presenza di una forza di attrazione. Proviamo poi a strofinare un secondo corpo di vetro e avviciniamolo al pendolo di torsione. Osserveremo la nascita di una forza di repulsione.

Le forze di repulsione manifestano una proprietà nuova delle forze elettriche, che non appartiene alle forze di gravità. Per osservare una forza elettrostatica di repulsione tra due corpi è necessario che siano carichi entrambi.

Non sempre, però, l’interazione tra due corpi carichi risulta repulsiva. Eseguendo un numero sufficiente di esperimenti, ci si può convincere che:

Definizione

1. L’interazione elettrostatica tra due corpi dello stesso materiale è sempre repulsiva.
2. Esistono coppie di materiali (per esempio il vetro e il plexiglas, oppure l’ambra e l’ebanite) che possono manifestare sia effetti attrativi (se uno di essi non viene caricati), sia effetti repulsivi, se sono caricati entrambi.
3. Esistono coppie di materiali (per esempio il vetro e l’ebanite) che interagiscono solo in modo attrattivo, anche quando sono entrambi carichi.

Sviluppando queste osservazioni, Franklin è giunto a riconoscere il concetto di carica elettrica. Definizione

La carica elettrica è la proprietà a cui sono attribuiti gli effetti elettrostatici.

Quando un materiale isolante viene strofinato energicamente, elettrizzandosi, si dice che ha acquisito una carica elettrica. Per convenzione, la carica elettrica di un corpo di vetro o di plexiglas strofinato si dice positiva. Invece, la carica acquisita per strofinamento da un corpo di ambra o di ebanite si dice negativa.

Alla luce dei fenomeni che abbiamo osservato, usando le definizioni appena enunciate, possiamo concludere che:

Definizione

• Due corpi elettrizzati con cariche dello stesso si respingono mutuamente.
• Due corpi elettrizzati con cariche di segno opposto si attraggono mutuamente.

Giunti fin qui, tuttavia, non siamo ancora in grado di interpretare il fenomeno di interazione tra corpi carichi e corpi neutri.

Per riuscirci dovremo sviluppare un po’ di più la nostra teoria.