Există o forță de interacțiune între corpurile încărcate, prin care acestea se pot atrage sau respinge reciproc. Legea lui Coulomb descrie această forță și arată măsura în care acționează în funcție de mărimea și forma corpului. Această lege fizică va fi abordată în acest articol.
Cuprins
Taxe punctiforme staționare
Legea lui Coulomb se aplică corpurilor staționare a căror dimensiune este mult mai mică decât distanța față de alte obiecte. Există o sarcină electrică punctiformă pe astfel de corpuri. La rezolvarea problemelor fizice, dimensiunile corpurilor în cauză sunt neglijate, deoarece nu au o importanță prea mare.
În practică, sarcinile punctiforme în repaus sunt reprezentate după cum urmează:
În acest caz, q1 și q2 - sunt pozitiv sarcini electrice și sunt afectate de forța Coulomb (care nu este prezentată în figură). Dimensiunea obiectelor punctuale nu contează.
Notă! Sarcinile în repaus sunt situate la o anumită distanță una față de cealaltă, care în probleme este de obicei notată cu litera r. În continuare, aceste taxe vor fi analizate în vid.
Balanța de torsiune a lui Charles Coulomb
Acest aparat, dezvoltat de Coulomb în 1777, a ajutat la determinarea dependenței forței care mai târziu a primit numele său. Se utilizează pentru a studia interacțiunea sarcinilor punctiforme, precum și a polilor magnetici.
Balanțele de torsiune au un fir de mătase mic, plasat într-un plan vertical, de care atârnă o pârghie echilibrată. La capetele pârghiei există sarcini punctiforme.
Sub acțiunea forțelor externe, pârghia începe să facă mișcări orizontale. Pârghia se va deplasa în plan până când va fi echilibrată de forța elastică a firului.
În timpul mișcării, pârghia se abate de la axa verticală cu un anumit unghi. Acesta este luat ca d și se numește unghi de rotație. Cunoscând valoarea acestui parametru, puteți afla cuplul forțelor care apar.
Scalele de torsiune ale lui Charles Coulomb arată astfel:
Coeficientul de proporționalitate k și constanta electrică 
Formula legii lui Coulomb are parametrii k - coeficientul de proporționalitate sau - constanta electrică. Constanta electrică este prezentată în multe cărți de referință, manuale, internet și nu trebuie calculată! Coeficientul de proporționalitate într-un vid bazat pe poate fi găsit conform formulei bine cunoscute:
Aici 
- constantă electrică,
- numărul de pi,
- este coeficientul de proporționalitate în vid.
Mai multe informații! Fără cunoașterea parametrilor de mai sus nu este posibil să se găsească forța de interacțiune dintre două sarcini electrice punctiforme.
Formularea și formula legii lui Coulomb
Pentru a rezuma cele de mai sus, ar trebui să se dea o formulare formală a legii principale a electrostaticii. Aceasta are forma:
Forța de interacțiune a două sarcini punctiforme în repaus în vid este direct proporțională cu produsul acestor sarcini și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Iar produsul de sarcini trebuie luat modulo!
În această formulă q1 și q2 - sunt sarcini punctiforme, corpurile considerate; r2 - este distanța în plan dintre aceste corpuri, luată ca un pătrat; k este factorul de proporționalitate (
pentru un vid).
Direcția forței Coulomb și forma vectorială a formulei
Pentru a înțelege pe deplin formula, legea lui Coulomb poate fi reprezentată vizual:
F1,2 - este forța de interacțiune a primei sarcini în raport cu cea de-a doua.
F2,1 - este forța de interacțiune a celei de-a doua sarcini în raport cu prima.
De asemenea, o regulă importantă de care trebuie să țineți cont atunci când rezolvați probleme de electrostatică este aceea că sarcinile asemănătoare se resping și sarcinile asemănătoare se atrag. Acest lucru determină poziția forțelor de interacțiune din figură.
Dacă se consideră sarcini opuse, forțele de interacțiune vor fi îndreptate una spre cealaltă, reprezentând atracția dintre ele.
Formula pentru legea de bază a electrostaticii poate fi reprezentată sub formă vectorială după cum urmează
- Forța care acționează asupra sarcinii punctiforme q1, pe partea de sarcină q2,
- este vectorul-rază care leagă sarcina q2 de sarcina q1,
Important! Scriind formula în formă vectorială, forțele de interacțiune a două sarcini electrice punctiforme vor trebui să fie proiectate pe axă pentru a pune semnele corect. Această acțiune este o formalitate și este adesea efectuată mental, fără note.
Unde se aplică în practică legea lui Coulomb
Legea de bază a electrostaticii este cea mai importantă descoperire a lui Charles Coulomb, care și-a găsit aplicații în numeroase domenii.
Munca celebrului fizician a fost folosită în procesul de invenție a diferitelor dispozitive, instrumente și aparate. De exemplu, paratrăsnetul.
Paratrăsnetele sunt folosite pentru a proteja casele și clădirile de fulgere în timpul furtunilor. Acest lucru sporește gradul de protecție a echipamentelor electrice.
Paratrăsnetele funcționează conform următorului principiu: în timpul unei furtuni, pe sol se formează treptat sarcini de inducție puternice, care sunt apoi transportate în sus, în nori. Acest lucru generează un câmp electric mare pe sol. În apropierea paratrăsnetului, câmpul electric devine mai puternic, astfel încât o încărcătură electrică corona se aprinde de la vârful dispozitivului.
Sarcina formată pe sol este atrasă de sarcina de pe nor cu semnul opus, așa cum ar trebui să fie conform legii lui Coulomb. Aerul suferă apoi un proces de ionizare, iar intensitatea câmpului electric devine mai mică în apropierea capătului paratrăsnetului. Astfel, riscul ca trăsnetul să lovească clădirea este minim.
Vă rugăm să rețineți! În cazul în care o clădire pe care este instalat un paratrăsnet este lovită, nu se va produce niciun incendiu și toată energia va scăpa în pământ.
Pe baza legii lui Coulomb, a fost dezvoltat un dispozitiv numit "accelerator de particule", care este foarte solicitat în prezent.
Acest dispozitiv creează un câmp electric puternic, care crește energia particulelor care intră în el.
Direcția forțelor în legea lui Coulomb
După cum s-a menționat mai sus, direcția forțelor de interacțiune a două sarcini electrice punctiforme depinde de polaritatea lor. Altfel spus, sarcinile similare cu aceeași polaritate se vor respinge, iar sarcinile cu polaritate opusă se vor atrage.
Forțele Coulomb pot fi numite și vector de rază, deoarece acestea sunt direcționate de-a lungul unei linii trasate între ele.
În unele probleme de fizică, sunt date corpuri de formă complexă care nu pot fi considerate ca o sarcină electrică punctiformă, adică dimensiunile sale sunt neglijate. Într-o astfel de situație, corpul în cauză ar trebui să fie împărțit în mai multe părți mici și fiecare parte ar trebui calculată separat, aplicând legea lui Coulomb.
Vectorii de forță obținuți prin descompunerea lor se însumează conform regulilor de algebră și geometrie. Rezultatul este forța rezultantă, care este răspunsul la problemă. Această metodă de rezolvare este adesea numită metoda triunghiului.
Istoria descoperirii legii
Interacțiunea a două sarcini punctiforme prin legea discutată mai sus a fost demonstrată pentru prima dată în 1785 de Charles Coulomb. Fizicianul a reușit să demonstreze adevărul legii formulate cu ajutorul balanțelor de torsiune, al căror principiu a fost prezentat și în articol.
Coulomb a demonstrat, de asemenea, că nu există sarcină electrică în interiorul unui condensator sferic. Astfel a ajuns la afirmația că mărimea forțelor electrostatice poate fi modificată prin schimbarea distanței dintre corpurile în cauză.
Astfel, legea lui Coulomb este încă cea mai importantă lege a electrostaticii, pe baza căreia s-au făcut multe descoperiri importante. În cadrul acestui articol, a fost prezentată formularea oficială a legii, iar părțile sale constitutive au fost descrise în detaliu.
Articole conexe:
