§ 19. Закон Кулона

Із попередніх параграфів вам вже відомо, що електрично заряджені тіла взаємодіють одне з одним. Цілком логічно постає запитання: «Від чого ж залежить сила взаємодії електрично заряджених тіл?». Вперше закон взаємодії нерухомих електричних зарядів установив англійський фізик Генрі Кавендіш, однак свої дослідження він не оприлюднив і вони стали відомі науковій громадськості вже після того, як у 1785 р. французький фізик Шарль Огюстен Кулон незалежно від Кавендіша визначив закон взаємодії електричних зарядів.

У своїх дослідах Кулон вимірював сили притягання й відштовхування заряджених кульок за допомогою сконструйованого ним приладу — крутильних терезів (рис. 19.1), які мали надзвичайно високу чутливість. Наприклад, коромисло терезів поверталось на 1° під дією сили лише IO^-9 Н. Вимірюючи за шкалою кут повороту рухомого заряду, можна визначати силу взаємодії між зарядами.

Ідея вимірювань ґрунтувалась на блискучій здогадці Кулона про те, що під час контакту двох однакових кульок, одна з яких заряджена, а інша електрично нейтральна, заряд розділиться між кульками порівну. Так було знайдено спосіб змінювати заряд кульки у два, три і більше рази.

Кулон вимірював у дослідах взаємодію між кульками, розміри яких набагато менші за відстань між ними. Такі заряджені тіла називають точковими зарядами.

Точковим зарядом називають заряджене тіло, розмірами якого в умовах певної задачі можна знехтувати._

У результаті досліджень Кулон встановив закон, який носить його ім’я:

Сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів прямо пропорційна чисельному значенню добутку цих зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними та напрямлена вздовж прямої лінії, що з’єднує ці заряди:

де q_lt q₂ — модулі зарядів; г — відстань між точковими зарядами; k — коефіцієнт пропорційності, значення якого залежить від обраної системи одиниць.

У CI коефіцієнт пропорційності в законі

Взаємодію нерухомих електричних зарядів називають електростатичною, або кулонівською, взаємодією.

Розглянемо приклади розв’язування задач на використання закону Кулона.

Задача1. Дві однаково заряджених порошинки перебувають на відстані 12 мм одна від іншої та взаємодіють із силою ІмН. Визначте заюял кожної з потюшинок.

Задача 2. Три точкові заряди розташовані вздовж прямої на відстанях г₁₂= 4 см та г₂₃ = 6 см один від одного.

Обчисліть результуючі кулонівських сил, що діють на кожен з цих зарядів, якщо значення зарядів q_x = —20 нКл, q₂ = 30 нКл.

Запишемо рівнодійну сил, які діють на кожен із точкових зарядів.

Сили, прикладені до першого заряду, напрямлені в один бік, тому модуль їх рівнодійної сили дорівнює сумі модулів цих сил:

Підставивши відповідні значення, одержимо, що

Сили, прикладені до другого заряду⁷, також напрямлені в один бік, тому⁷ модуль ЇХ рівнодійної СИЛИ дорівнює CJ⁷Ml модулів цих сил:

Сили, прикладені до третього заряду, напрямлені в протилежні боки, тому модуль їх рівнодійної сили дорівнює різниці модулів цих сил і спрямований у бік більшої сили:

Головне в цьому параграфі_

Під час контакту двох однакових тіл, одне з яких заряджене, а інше електрично нейтральне, заряд розподілиться між тілами порівну.

Точковим зарядом називають заряджене тіло, розмірами якого в умовах певної задачі можна знехтувати.

Закон Кулона: сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів прямо пропорційна чисельному значенню добутку цих зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними і напрямлена вздовж прямої лінії, що з'єднує ці заряди.

Запитання для самоперевірки_

1.    Які заряди називають точковими?

2.    Сформулюйте закон Кулона.

3.    Поясніть фізичний зміст величин, що входять до фурмули, яка виражає закон Кулона.

4.    Що називають кулонівською взаємодією?

Домашній експеримент_

Візьміть дві надуті повітряні кульки. Одну з кульок наелектризуйте потерши її об папір, другу — об вовняну тканину чи хутро. Підвісьте кульки на нитках на певній відстані одна від одної. Простежте, як залежить сила притягання між кульками від відстані між ними та від величини електричного заряду.

_І Вправа до § 19

1с. Поясніть, як зміниться сила взаємодії двох точкових зарядів, якщо відстань між ними збільшити у 3 рази?

2с. Поясніть, як зміниться сила взаємодії між двома зарядженими точковими тілами, якщо заряд кожного з них збільшити у 2 рази. Зд. Дві дощові хмари мають електричні заряди 12 і 20 Кл. Хмари перебувають на відстані 3 км одна від одної. Обчисліть силу кулонівської взаємодії між хмарами, вважаючи їх точковими зарядами, оскільки розміри хмар значно менші за відстані між ними.

4д. Обчисліть відстань, між двома точковими зарядами 10 нКл і З нКл,якщо сила їх взаємодії становить 24 · 10^б Н.

5д. Два однакових точкових позитивних заряди перебувають на відстані 10 ммодин від одного. Заряди взаємодіють із силою 7,2 · 10'⁴Н. Визначте величини цих зарядів.

6в. Дві однакові маленькі заряджені кульки перебувають на відстані 40 см одна від одної. Заряд однієї з них 8 нКл, а другої — 2 нКл. Кульки привели в дотик і повернули в початкове положення. Знайти силу взаємодії кульок до та після дотику.

7в. Точкові заряди 20 нКл і 40 нКл закріплені на відстані 10 см один від одного у вакуумі. Посередині між ними розміщують точковий заряд — 5 нКл. Обчисліть модуль і напрям результуючої сили, яка діє на цей заряд.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Головко