Problema — Il pettine e la carta

Testo

Il pettine e la carta. Strofini un pettine di plastica sui capelli asciutti; avvicinato a pezzetti di carta scarica, la carta salta su e aderisce. (a) Perché la carta viene attratta se è neutra? (b) Perché funziona solo con capelli asciutti? (c) E se bagnassi il pettine con acqua di rubinetto? Discuti il meccanismo dell’induzione elettrostatica nei dielettrici.

Soluzione

(a) Attrazione di un corpo neutro. Strofinando, il pettine si carica (per esempio negativamente). Avvicinato ai pezzetti di carta, che sono isolanti (dielettrici), non fa spostare cariche libere ma polarizza le molecole: in ogni molecola le cariche si spostano appena, formando piccoli dipoli orientati. Il lato della carta vicino al pettine assume carica di segno opposto a quella del pettine, il lato lontano lo stesso segno. Poiché la forza va come $1/r^2$, l’attrazione sul lato vicino (segno opposto) supera la repulsione sul lato lontano:

$F \propto \frac{1}{r^2},\qquad r_{\text{vicino}} < r_{\text{lontano}} \;\Longrightarrow\; F_{\text{attr}} > F_{\text{rep}}$

Risultato: attrazione netta, e i pezzetti saltano sul pettine pur essendo globalmente neutri.

(b) Perché servono capelli asciutti. Lo sfregamento carica il pettine solo se le superfici sono asciutte. L’umidità forma un sottile strato d’acqua conduttore che disperde la carica accumulata (la fa fluire verso l’aria umida o le mani): il pettine non resta carico e l’effetto non avviene.

(c) Pettine bagnato con acqua di rubinetto. L’acqua di rubinetto contiene ioni ed è conduttrice: bagnando il pettine, la carica accumulata fluisce via subito. Il pettine si scarica e non attira più la carta.

$\ev{\text{polarizzazione dielettrica}\Rightarrow\text{attrazione; l'umidità/l'acqua conduttrice scarica il pettine}}$

Collegamenti

Argomenti: Elettrostatica Concetti: Carica elettrica · Dipolo elettrico