Основной закон электростатики — закон Кулона

Закон Кулона

Опыты Кулона привели к установлению закона, поразительно напоминающего закон всемирного тяготения. Из соотношений (1.2.1) и (1.2.2) следует, что сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними*.

* Здесь и в дальнейшем для краткости мы часто вместо «модуль силы» будем употреблять термин «сила».

Эту силу называют кулоновской.

Если обозначить модули зарядов через |q₁| и |g₂|, то закон Кулона можно записать в следующей форме:

закон Кулона

Здесь к — коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от выбора единиц электрического заряда.

Такую же форму имеет закон всемирного тяготения, только вместо зарядов в закон тяготения входят массы, а роль коэффициента к играет гравитационная постоянная. В отличие от зарядов масса всегда положительна. Из-за этого под действием гравитационных сил тела только притягиваются друг к Другу. Кулоновские же силы могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания.

Закон Кулона в векторной форме

Пока еще ничего не было сказано о направлении сил взаимодействия между зарядами. Легко обнаружить, что два заряженных шарика, подвешенные на нитях, либо притягиваются друг к другу, либо отталкиваются. Отсюда следует, что силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела. Подобные силы называют центральными. Центральными являются также силы всемирного тяготения. Если через обозначить силуд действующую на первый заряд со стороны второго, а через — силу, действующую на второй заряд со стороны первого (рис. 1.5), то, согласно третьему закону Ньютона, Обозначим через радиус-вектор, проведенный от второго заряда к первому (рис. 1.6), тогда

Закон Кулона в векторной форме

Если знаки зарядов q₁ и q₂ одинаковы, то направление силы совпадает с направлением вектора ; в противном случае векторы и направлены в противоположные стороны.

Зная закон взаимодействия точечных заряженных тел, можно вычислить силу взаимодействия любых заряженных тел. Для этого тела нужно мысленно разбить на такие малые элементы, чтобы каждый из них можно было считать точечным. Складывая геометрически силы взаимодействия всех этих элементов друг с другом, можно вычислить результирующую силу взаимодействия.

Открытие закона Кулона — первый конкретный шаг в изучении свойств электрического заряда. Наличие электрического заряда у тел или элементарных частиц означает, что они взаимодействуют друг с другом по закону Кулона. Никаких отклонений от строгого выполнения закона Кулона в настоящее время не обнаружено.

<<< К началу параграфа