Kokeile hieroa ilmapalloa erilaisilla eläimillä olevilla turkiksilla, kuten villapaidalla tai vaikkapa ihollasi. Huomaat todennäköisesti, että ilmapallo alkaa reagoida eri tavalla sitä ympäröiviin esineisiin. Jos pöydälle asetettaisiin joitakin pieniä paperinpaloja ja ilmapallo tuotaisiin lähemmäs ja pidettäisiin paperinpalojen yläpuolella, niin varautuneen ilmapallon läsnäolo saattaisi luoda tarpeeksi vetovoimaa, jotta paperinpalat nousisivat pöydältä. Tällaisessa tapauksessa havaittava vaikutus on sähkövoima.

Sähkövoima ja Newtonin kolmas laki

(Image Credit: Flickr)

Kahden vastakkaisesti varautuneen hiukkasen tai samankaltaisesti varautuneiden hiukkasten välille syntyvä sähkövoima on voimaa samaan tapaan kuin painovoima, kitka, kireys, vetovoima ja ilmanvastus ovat voimia. Koska se on voima, sen on noudatettava tiettyjä periaatteita ja lakeja. Yksi niistä laeista, joita sähkövoima noudattaa, on Newtonin vaikutuksen ja reaktion laki. Newtonin kolmannen lain mukaan voima on yksinkertaisesti kahden kappaleen keskinäinen vuorovaikutus, joka johtaa yhtä suureen ja vastakkaiseen työntöön tai vetoon molempien kappaleiden välillä.

Nyt voimme kuvata molempien kappaleiden liikettä käyttämällä Newtonin kolmatta liikelakia. Esine A työntää esinettä B oikealle. Esine B työntää esinettä A vasemmalle. Nämä kaksi työntävää voimaa ovat samansuuruisia ja kohdistuvat toistensa vastakkaisiin suuntiin. Kumpikin esine työntää toista. Esineeseen B kohdistuva (esineen A aiheuttama) työntö kohdistuu poispäin esineestä A, ja esineeseen A kohdistuva (esineen B aiheuttama) työntö kohdistuu poispäin esineestä B. Keskinäisen vuorovaikutuksen luonteen vuoksi voiman sanotaan olevan hylkivä.

Sovelletaan nyt samaa toiminta-reaktioperiaatetta kahteen vastakkaisesti varautuneeseen esineeseen – esineeseen C (positiivinen) ja esineeseen D (negatiivinen). Kohde C harjoittaa vasemmalle suuntautuvaa vetoa kohteeseen D, ja kohde D harjoittaa oikealle suuntautuvaa vetoa kohteeseen C. Jälleen kumpikin kohde tekee vetovoimansa toisesta. Aivan kuten aiemminkin, nämä kaksi voimaa ovat yhtä suuria ja kohdistuvat toisiinsa nähden vastakkaisiin suuntiin. Tässä tapauksessa objektiin D kohdistuvan voiman suunta on kuitenkin kohti objektia C ja objektiin C kohdistuvan voiman suunta on kohti objektia D. Koska molemmat objektit liikkuvat toisiaan kohti, keskinäinen vuorovaikutus on selvä, ja voimaa kuvataan vetovoimaisena.

Varautuneiden hiukkasten ja neutraalien kappaleiden vuorovaikutus

(Photo Credit : Adrignola/Wikimedia Commons)

Kahden samankaltaisesti varautuneen kappaleen välinen vuorovaikutus on hylkivä. Kahden vastakkaisesti varautuneen kappaleen välinen vuorovaikutus on vetovoimainen. Millainen vuorovaikutus kuitenkin havaitaan varautuneen kappaleen ja neutraalin kappaleen välillä? Vastaus voi itse asiassa olla varsin yllättävä. Mikä tahansa varattu esine, joka on joko positiivisesti tai negatiivisesti varattu, on vetovoimaisessa vuorovaikutuksessa neutraalin esineen kanssa. Positiivisesti varautuneet esineet ja neutraalit esineet vetävät toisiaan puoleensa, ja negatiivisesti varautuneet esineet ja neutraalit esineet vetävät toisiaan puoleensa.

Tätä kolmatta vuorovaikutusesimerkkiä varattujen ja neutraalien esineiden välillä havainnollistetaan usein yksinkertaisella tavalla. Jos esimerkiksi varautunutta ilmapalloa pidetään neutraalien paperinpalojen yläpuolella, paperinpalojen vetovoima on niin voimakas, että se voittaa painovoiman alaspäin suuntautuvan voiman ja nostaa paperinpalat pöydältä. Jos varautunutta muoviputkea pidetään joidenkin paperinpalojen yläpuolella, putki harjoittaa paperiin vetovoimaa, joka nostaa sen pöydältä. Monien hämmennykseksi varattu kumipallo voi vetää puoleensa puukaappia niin voimakkaasti, että se todella tarttuu kaappiin! Mikä tahansa varattu esine – muovi, kumi tai alumiini – harjoittaa vetovoimaa neutraaliin esineeseen. Newtonin vaikutus-reaktio-lain seurauksena myös neutraali esine vetää puoleensa varattua esinettä.