Bagaimana Orang Menemukan Muatan Fundamental Dengan Tetesan Minyak?


Saat ini, kamu mungkin hanya meminta ponsel cerdas Anda untuk memberi tahu Anda muatan satu elektron—unit dasar muatan. (Magnitudonya 1,6 x 10–19 coulomb, satuan umum untuk muatan listrik.) Tetapi pada tahun 1909, segalanya tidak sesederhana itu. Saat itu, fisikawan Robert Millikan dan Harvey Fletcher menemukannya menggunakan minyak. Eksperimen “penurunan minyak” mereka bukanlah metode pertama untuk menemukan nilai ini, tetapi mungkin ini yang paling terkenal, dan itu menyebabkan Millikan menerima Hadiah Nobel pada tahun 1923.

Eksperimen bersejarah ini mengilustrasikan beberapa konsep fisika penting, dan itu tidak terlalu rumit, jadi mari kita bahas!

Empat Kekuatan

Eksperimen ini berkaitan dengan tetes minyak—maksud saya, itu ada di namanya. Tapi, sungguh, itu tergantung pada pemahaman empat gaya yang berbeda: gaya gravitasi, gaya listrik, gaya apung, dan gaya hambatan udara. Idenya adalah menggunakan keempatnya untuk mengukur nilai muatan listrik pada setetes minyak.

Pastinya anda sudah mengetahui tentang gaya gravitasi. Jika saya harus menebak, saya akan mengatakan bahwa Anda berada di suatu tempat di permukaan bumi. Itu berarti Anda mungkin mengalami gaya gravitasi sebagai interaksi antara massa Anda dan massa Bumi. Kita dapat memodelkan interaksi ini dengan mempertimbangkan Bumi sebagai menciptakan medan gravitasi—vektor yang mengarah ke bawah dengan besaran 9,8 newton per kilogram. Massa dalam medan gravitasi ini akan mengalami gaya yang sama dengan produk massa benda dan medan gravitasi. (Tentu saja, ini hanya sebuah model. Jika Anda bergerak terlalu tinggi di atas Bumi, Anda akan membutuhkan model yang berbeda.)

Selanjutnya adalah gaya listrik. Ini adalah interaksi antara dua benda yang memiliki muatan listrik. Sama seperti gaya gravitasi, kita dapat menemukan gaya listrik dengan meletakkan muatan tunggal di daerah dengan medan listrik (E) dalam satuan newton per coulomb. Gaya listrik kemudian akan menjadi produk dari muatan benda (Q) dan medan listrik.

Dua kekuatan sebelumnya tampaknya saling melengkapi. Tapi dua berikutnya sedikit berbeda. Mereka ada hubungannya dengan interaksi antara minyak dan udara yang dilaluinya. Anda sudah memahami gaya hambat udara jika Anda pernah menjulurkan tangan ke luar jendela mobil yang bergerak. Saat Anda meningkatkan kecepatan mobil, gaya tarik udara di tangan Anda juga meningkat.

Untuk benda seukuran tangan Anda, gaya hambat udara sebanding dengan kuadrat kecepatan tangan. Namun, jika Anda memiliki benda bulat yang sangat kecil (seperti setetes minyak) yang bergerak di udara, kita dapat memodelkan gaya ini dengan persamaan berikut:

Ilustrasi: Rhett Allain

Diposting oleh : joker123