Закон Кулона - основные понятия, формулы и определение с примерами

Закон Кулона:

Экспериментальными исследованиями установлено, что электрически заряженные тела взаимодействуют между собой - притягиваются или отталкиваются. Количественно это отображено в законе Кулона, с которым ты ознакомился ранее. В предыдущих параграфах было установлено, что каждое заряженное тело имеет электрическое поле. Таким образом, если в пространстве обнаружено электрическое поле, то можно с уверенностью утверждать, что существует электрически заряженное тело, которому принадлежит это поле. Если рядом находятся два небольших заряженных тела с зарядами Q₁ и Q₂, то первое из них будет находиться в поле второго и на него будет действовать сила

где Q_{1 -}заряд первого тела; E₂ - напряженность ноля второго тела в этой точке. На второе тело, соответственно, будет действовать сила

где Q₂ - заряд второго тела; E₁ - напряженность поля первого тела.

Если эти тела настолько малы, что их можно считать точечными, то  , где k - коэффициент пропорциональности, r - расстояние от тела до точки наблюдения.

Аналогично для поля второго заряженного тела

Здесь 

Известный французский физик Ш.0. Кулон в 1785 г. в экспериментальных исследованиях открыл фундаментальный закон электродинамики:
сила, действующая на неподвижное точечное тело с электрическим. зарядом Q₁, находящееся в поле второго точечного неподвижного тела с зарядом Q₂, пропорциональна произведению зарядов этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

В формуле для расчета силы взаимодействия записаны значения зарядов обоих тел. Поэтому можно сделать вывод, что силы, действующие на каждое тело, но модулю равны, но по направлению они противоположны.

Если заряды одноименны, то тела отталкиваются (рис. 1.21). Если заряды имеют противоположные знаки, то тела притягиваются (рис. 1.22).

Pиc. 121. Силы, действующие на одноименно заряженные тела, имеют противоположные направления

Рис. 122. Силы, действующие на разноименно заряженные тела, имеют противоположные направления

Легко заметить, что при электрическом взаимодействии двух тел справедлив третий закон Ньютона:

Если заряженные тела находятся в диэлектрике, то сила взаимодействия будет зависеть от диэлектрической проницаемости этого диэлектрика:

где ε диэлектрическая проницаемость среды.

Закон Кулона является фундаментальным законом природы. На нем построена вся электродинамика, не замечено ни единого случая нарушения этого закона. Но существует ограничение, касающееся расстояния между заряженными телами. Принято считать, что закон Кулона действует на расстояниях, больших 10^-15 м и меньших нескольких километров.

Пример:

Два одинаковых маленьких шарика подвешены на тонких нитях длиной 1 км одной точке. Шарики имеют одинаковые заряды 3 ^. 10^-7 Кл и расходятся на расстояние 10 см. Каково натяжение нити?

 
Рис. 1.23

Спроектировав векторы на ось ОХ,  получим 

Поскольку  

то 

Подставив значения величин, получим 

Ответ: натяжение нити 1,6 Н.