Vízszintes asztalon indigópapír segítségével megörökíthetjük egy nagyméretû guruló acélgolyó nyomvonalát. Helyezzünk el egy mágnest az asztalon, és vizsgáljuk meg a mellette más-más távolságra elhaladó golyó pályáját!

állandó mágnes, hosszú vonalzó vagy mérőszalag, indigópapír, szögmérő

A feladat útmutatása alapján egyszerûen elkészíthetjük az acélgolyók pályájának vizsgálatához szükséges kísérleti elrendezést. Érdemes viszonylag nagy tömegû golyót és érzékeny indigópapírt használni, hogy a nyomvonalak minél jobban látszódjanak. Fontos az is, hogy az asztallap nagyon pontosan vízszintes legyen. A golyókat célszerû egy kis lejtõ adott magasságú pontjából indítani, így a gurítás sebességének nagysága és iránya pontosan beállítható.

Major Zsuzsanna (Friedrich Eugens Gymnasium, I. o. t.) méréseit egy 2 cm átmérõjû acélgolyóval végezte. A mágnest a gurítás síkja alatt helyezte el, így a golyó nem ütközhetett a mágnesnek. Az 1. ábrán azonos kezdõsebességgel, de a mágnestõl különbözõ d távolságban haladó egyenesek mentén indított golyók nyomvonala látható. Megfigyelhetjük, hogy a mágnestõl távol haladó golyók pályáját csak kis mértékben módosította a mágnes, míg a mágneshez közelebb guruló golyók jelentõsen eltérültek. A két legkisebb d értékhez tartozó gurításnál a golyókat ,,befogta'' a mágnes; pályájuk a mágnes körüli térrészre korlátozódott.

1. ábra. A golyók pályái

A 2. ábrán az eltérülési szög látható az ütközési paraméternek nevezett d mennyiség függvényében.

2. ábra. A golyók eltérülési szöge az ütközési paraméter függvényében

Az acélgolyók eltérülése hasonlít egy csillag gravitációs erõterében haladó égitest mozgására. A távolság négyzetével fordított arányban csökkenõ gravitációs erõtérben a testek hiperbola, esetleg parabola, vagy ,,befogás'' esetén ellipszis alakú pályán mozognak. A mágnes erõtere azonban sokkal bonyolultabb, függ a mágnes alakjától és a pólusainak elhelyezkedésétõl, így a pálya alakjának egyszerû matematikai leírása nem adható meg. Annyit mindenesetre állíthatunk, hogy a nagy impulzusú, a mágnestõl messze haladó mozgás pályagörbéje hiperbolaszerû, míg ,,befogás'' esetén a pálya szabálytalan spirál alakú.

Megjegyzés. Az itt ismertetett kísérlethez hasonló ,,szóráskísérletekkel'' az atomi, vagy atomoknál sokkal kisebb részecskék közötti erõhatásra, kölcsönhatásra lehet következtetni. A szóródó részecske energiáját változtatva, illetve az eltérülés szögébõl az ütközési paraméterre következtetve, a szóródó részecskék összeszámlálásával szinte le lehet ,,tapogatni'' a kölcsönhatást. A fizika történetében a legelsõ és talán leghíresebb szóráskísérlet Rutherford kísérlete volt, amely az atommag felfedezéséhez vezetett.

• Gnadig Péter

• Major Zsuzsanna