§ 48. Закон Кулона (окончание)

Аналогия между электрическими и гравитационными силами

4. Закон Кулона, характеризующий электрическое взаимодействие, по форме записи похож на закон всемирного тяготения Ньютона, определяющий силу гравитационного взаимодействия:

В обоих случаях сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами и прямо пропорциональна величинам, характеризующим те свойства тел, которые определяют взаимодействия, — массам в одном случае и зарядам — в другом. Кроме того, учёными использовалась одна и та же экспериментальная установка для измерения сил электрического и гравитационного взаимодействия.

Однако между силами гравитационного и электрического взаимодействия существует и важное различие. Ньютоновская сила тяготения — это всегда сила притяжения. Кулоновская же сила взаимодействия зарядов может быть и силой притяжения (между разноимёнными зарядами), и силой отталкивания (между одноимёнными зарядами).

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте закон Кулона.

2. Какие заряды можно считать точечными?

3. Чему равен в единицах СИ коэффициент k? Каков его физический смысл?

4. Как устроены крутильные весы и какие эксперименты проводил с ними Кулон?

5. Каковы границы применимости закона Кулона?

6. В чём состоит принцип суперпозиции сил? Чему равна результирующая сила, действующая на электрический заряд со стороны других зарядов?

Упражнение 34

1. Чему равна сила взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов, равных 9 • 10^-9 Кл, находящихся на расстоянии 0,3 м друг от друга в вакууме?

2. Точечные заряды 5 • 10^-8 Кл и 8 • 10^-8 Кл закреплены на расстоянии 2 м друг от друга в вакууме. В центре прямой, соединяющей заряды, находится третий заряд, равный 1 • 10^-9 Кл. Чему равен модуль силы, действующей на третий заряд? Куда направлена эта сила?

3. Во сколько раз кулоновская сила взаимодействия электрона с ядром в атоме водорода больше силы их гравитационного взаимодействия? Масса электрона 9,1 • 10^-31 кг, масса протона 1,67 • 10^-27 кг.

Ответы

1. 8,1 мкН.

2. 2,7 • 10^-7 Н.

3. В ≈ 2,3 • 10³⁹ раз.

Вопросы для дискуссии

1. Как будут взаимодействовать два отрицательно заряженных шара, если заряд одного из них много больше заряда другого (q₁ >> q₂)? Как вы считаете, возможно ли использование закона Кулона в подобной ситуации? Ответ обоснуйте.

2. Учёные установили, что Земля имеет положительный заряд. Можно ли земной шар считать точечным зарядом и использовать в расчётах закон Кулона?

<<< К началу