Կուլոնի օրենքը

Հոդվածում, որը վերաբերում է էլեկտրական լիցք Dan էլեկտրական լիցքի տեսակները Բացատրվում է, որ նման էլեկտրական լիցքերը վանում են միմյանց, մինչդեռ տարբեր էլեկտրական լիցքերը վանում են միմյանց։ Այլ կերպ ասած՝ դրական լիցքավորված մարմինները ձգում են բացասական լիցքավորված մարմինները, դրական լիցքավորված մարմինները վանում են դրական լիցքավորված մարմինները, իսկ բացասական լիցքավորված մարմինները վանում են բացասական լիցքավորված մարմինները։ Այս երևույթը ցույց է տալիս էլեկտրական ուժի գոյությունը, որը գործում է դրական և բացասական լիցքավորված մարմինների վրա։ Ի՞նչ գործոններ են ազդում էլեկտրական ուժի մեծության վրա էլեկտրական լիցքավորված մարմինների միջև։

Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Շառլ Կուլոնը (1736–1806) 1780-ական թվականներին մի շարք փորձեր է անցկացրել՝ էլեկտրական լիցքավորված մարմինների միջև էլեկտրական ուժի մեծության վրա ազդող գործոնները հետազոտելու համար: Կուլոնի կողմից օգտագործված սարքը նման էր այն սարքին, որն օգտագործել էր Քավենդիշը գրավիտացիոն հաստատունը հետազոտելու համար, որը կոչվում էր պտտման կշեռք: Կուլոնը հետազոտել է էլեկտրական ուժը, հետևաբար նա օգտագործել է երկու էլեկտրական լիցքավորված մետաղական գնդիկներ, մինչդեռ Քավենդիշը հետազոտել է գրավիտացիոն ուժը, հետևաբար նա օգտագործել է երկու ոչ էլեկտրական լիցքավորված զանգվածային գնդիկներ:

Ինչպես է աշխատում պտտող մոմենտի սանդղակը  

 
Մոմենտի սանդղակի աշխատանքի եղանակը կապված է թեմայի հետ ուժի մոմենտ կամ պտտող մոմենտ գլխում պտտական ​​դինամիկա.
Շրջադարձային կշեռքի տարածքը վակուում է՝ պինդ գնդի վրայի էլեկտրական լիցքը օդ չփոխանցելու համար: Պինդ գնդի վրայի էլեկտրական լիցքի քանակը որոշվում է հետևյալ մեթոդով: Սկզբում պինդ գնդ A-ն էլեկտրականորեն լիցքավորվում է հաղորդականության կամ շփման միջոցով: Էլեկտրականորեն լիցքավորված պինդ գնդ A-ն միանում է դեռևս չեզոք վիճակում գտնվող պինդ գնդ B-ին՝ օգտագործելով էլեկտրական հաղորդիչ, մինչև պինդ գնդ A-ի էլեկտրական լիցքը հավասարապես բաժանվի պինդ գնդ B-ի վրա: Եթե պինդ գնդ A-ի էլեկտրական լիցքի քանակը ½ է, ապա պինդ գնդ B-ի էլեկտրական լիցքի քանակը ½ է: Այնուհետև, պինդ գնդ B-ն և պինդ գնդ C-ն միանում են էլեկտրական հաղորդիչով, մինչև պինդ գնդ B-ի էլեկտրական լիցքը հավասարապես բաժանվի պինդ գնդ C-ի վրա: Եթե պինդ գնդ B-ի էլեկտրական լիցքի քանակը ¼ է, ապա պինդ գնդ C-ի էլեկտրական լիցքի քանակը ¼ է: Այս կերպ ստացվում են պինդ գնդ 1-ի և պինդ գնդ 2-ի էլեկտրական լիցքի քանակը և էլեկտրական լիցքի տեսակը:

Պինդ գունդ 1-ը և պինդ գունդ 2-ը էլեկտրականորեն լիցքավորված են այնպես, որ երկու պինդ գունդերը վանում են միմյանց, եթե երկու գունդերն ունեն նույն էլեկտրական լիցքը, կամ ձգում են միմյանց, եթե երկու գունդերն ունեն տարբեր էլեկտրական լիցքեր: Երկու էլեկտրականորեն լիցքավորված պինդ գունդերի միջև ձգողական կամ վանող ուժի առկայությունը առաջացնում է պինդ գունդ 2-ի պտտում: Պինդ գունդ 2-ի շարժման անկյունը չափվում է՝ երկու պինդ գունդերի վրա ազդող էլեկտրական ուժը որոշելու համար:

Էլեկտրական ուժի վրա ազդող գործոններ

Պտտման կշեռքի միջոցով կատարված փորձերի հիման վրա Կուլոնը մի քանի բան հայտնաբերեց։
– Այս փորձի ժամանակ երկու պինդ գնդակների միջև հեռավորությունը միշտ նույնն է։ Երբ պինդ գնդակ 1-ի էլեկտրական լիցքի քանակը 1 է, իսկ պինդ գնդակ 2-ի էլեկտրական լիցքի քանակը՝ 1, ապա երկու պինդ գնդակների վրա ազդող էլեկտրական ուժը 1 է։ Երբ պինդ գնդակ 1-ի էլեկտրական լիցքի քանակը 2 է, իսկ պինդ գնդակ 2-ի էլեկտրական լիցքի քանակը՝ 2, ապա երկու պինդ գնդակների վրա ազդող էլեկտրական ուժը 4 է։ Կուլոնը եզրակացրեց, որ երկու պինդ գնդակների վրա ազդող էլեկտրական ուժի մեծությունը համեմատական ​​է երկու պինդ գնդակների լիցքի քանակի արտադրյալին (F ≈ q₁ q₂).
– Այս փորձի ժամանակ երկու պինդ գնդակների լիցքի քանակը միշտ նույնն է։ Եթե երկու պինդ գնդակների միջև հեռավորությունը 1 է, ապա երկու պինդ գնդակների վրա ազդող էլեկտրական ուժը 1 է։ Եթե երկու պինդ գնդակների միջև հեռավորությունը 2 է, ապա երկու պինդ գնդակների վրա ազդող էլեկտրական ուժը ¼ է։ Կուլոնը եզրակացրեց, որ երկու պինդ գնդակների վրա ազդող էլեկտրական ուժի մեծությունը հակադարձ համեմատական ​​է հեռավորության քառակուսուն (F ≈ 1 / r²)

Կուլոնի օրենքը

Կուլոնի օրենքը ֆիզիկայի օրենք է, որը բացատրում է էլեկտրական ուժի, էլեկտրական լիցքի և լիցքերի միջև հեռավորության միջև եղած կապը: Այս օրենքը ձևակերպվել է Կուլոնի փորձերի հիման վրա, ինչպես բացատրվել է նախորդ հոդվածում:

Կուլոնի օրենքը նշում է, որ էլեկտրական լիցքավորված մասնիկի կողմից մեկ այլ էլեկտրական լիցքավորված մասնիկի վրա ազդող ուժի մեծությունը ուղիղ համեմատական ​​է երկու մասնիկների լիցքերի գումարի արտադրյալին և հակադարձ համեմատական ​​է երկու էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների միջև հեռավորության քառակուսուն։ Այս ուժը գործում է երկու մասնիկները միացնող ուղիղ գծի երկայնքով։ Էլեկտրական ուժը վանող է, եթե երկու մասնիկների էլեկտրական լիցքերը նույնն են, և էլեկտրական ուժը ձգողական է, եթե երկու մասնիկների էլեկտրական լիցքերը նույնը չեն։

Կուլոնի օրենքը կարող է արտահայտվել մաթեմատիկական հավասարման միջոցով՝
Բանաձևի նկարագրությունը՝
F₁₂ = մասնիկ 1-ի և մասնիկ 2-ի միջև էլեկտրական ուժ
q₁ = մասնիկների լիցքերի քանակը՝ 1
q₂ = մասնիկ 2-ի էլեկտրական լիցքերի քանակը
r₁₂ = մասնիկ 1-ի և մասնիկ 2-ի միջև հեռավորությունը
(կարդացե՛ք՝ էպսիլոն զրո) = 8,854 x 10^{12 -} C²/Նմ²
k = (Կուլոնի հաստատուն) = 9 x 10⁹ Nm²/C²
F₂₁ q լիցքի կողմից գործադրվող ուժն է։₂ լիցքավորման դեպքում q₁, մինչդեռ Ֆ₁₂ q լիցքի կողմից գործադրվող ուժն է։₁ լիցքավորման դեպքում q₂. Ֆ₂₁ և Ֆ₁₂ վանում են միմյանց, երբ լիցքը q է₁ և ք₂ նման են և միմյանց են ձգում, երբ լիցքը q է₁ և ք₂ նույն տեսակը չէ։
F₂₁ և Ֆ₁₂ ունեն նույն արժեքը, հակառակ ուղղությունը և ազդում են տարբեր մարմինների վրա, հետևաբար այս երկու ուժերը գործողություն-ռեակցիա ուժերի զույգ են։