מאמר על חוק קולומב
במאמר על מטען חשמלי וסוגי מטענים חשמליים הוסבר כי מטענים דומים דוחים זה את זה בעוד מטענים שונים מושכים זה את זה. במילים אחרות, עצמים טעונים חיוביים מושכים עצמים טעונים שליליים, עצמים טעונים חיוביים דוחים עצמים טעונים חיוביים, ועצמים טעונים שליליים דוחים עצמים טעונים שליליים. אירוע זה מראה את קיומם של כוחות חשמליים הפועלים על עצמים טעונים חיוביים ועל עצמים טעונים שליליים. אילו גורמים משפיעים על הכוח החשמלי בין עצמים טעונים חשמלית?
הפיזיקאי הצרפתי שארל קולומב (1736-1806) ערך סדרת ניסויים בשנות ה-1780 כדי לחקור את הגורמים המשפיעים על גודל הכוח החשמלי בין עצמים טעונים חשמלית. המכשיר בו השתמש קולומב דומה למכשיר בו השתמש קוונדיש לחקר קבוע הכבידה, הנקרא מאזן פיתול. קולומב חקר את כוח החשמל, ולכן השתמש בשני כדורי מתכת טעונים חשמלית, בעוד קוונדיש חקר את כוח הכבידה, ולכן השתמש בשני כדורי מסה שלא היו טעונים חשמלית.
גורמים המשפיעים על הכוח החשמלי
בהתבסס על ניסויים שבוצעו באמצעות מאזן פיתול, קולומב גילה מספר דברים.
– בניסוי זה, המרחק בין שני הכדורים המוצקים תמיד זהה. כאשר כמות המטען החשמלי על כדור מוצק 1 היא 1, וכמות המטען החשמלי על כדור מוצק 2 היא אחת, אז הכוח החשמלי הפועל על שני הכדורים המוצקים הוא 1.
המכפלה של גודל המטען על אחד, Q1 , כפול גודל המטען על השני, Q2 ( F ≈ q1 = q2 ).
– בניסוי זה, מספר המטענים על שני הכדורים המוצקים תמיד זהה. אם המרחק בין שני הכדורים המוצקים הוא אחד, אז הכוח החשמלי הפועל על שני הכדורים המוצקים הוא 1. אם המרחק בין שני הכדורים המוצקים הוא שניים, אז הכוח החשמלי הפועל על שני הכדורים המוצקים הוא ¼. קולומב הסיק שגודל הכוח החשמלי הפועל על שני הכדורים המוצקים הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק (F ≈ 1 / r² )
חוק קולומב
חוק קולומב הוא אחד מחוקי הפיזיקה המסביר את הקשר בין כוח החשמל, המטען החשמלי והמרחק בין מטענים חשמליים. חוק זה נוסח על סמך ניסויים שערך קולומב כמתואר במאמר הקודם.
חוק קולומב קובע כי גודל הכוח שמפעיל חלקיק טעון חשמלית על חלקיק טעון חשמלית אחר הוא ביחס ישר
מכפלת הכפל, מטענים של שני החלקיקים, ביחס הפוך לריבוע המרחק בין שני החלקיקים. כוח זה פועל יחד עם קו ישר המחבר את שני החלקיקים. חלקיקים בעלי מטענים דומים דוחים זה את זה, בעוד שחלקיקים בעלי מטענים שונים מושכים זה את זה.
ניתן לבטא את חוק קולומב במשוואות מתמטיות:
F12 = כוח חשמלי בין חלקיק 1 לחלקיק 2
q 1 = כמות המטענים החשמליים של חלקיק 1
q 2 = כמות המטענים החשמליים של חלקיק 2
r12 = המרחק בין חלקיק 1 לחלקיק 2
F21 הוא הכוח שמפעיל מטען q2 על מטען q1 , בעוד ש-F12 הוא הכוח שמפעיל מטען q1 על מטען q2 . F21 ו- F12 דוחים זה את זה כאשר סוגי המטענים של q1 ו- q2 אינם זהים, ומושכים זה את זה כאשר סוגי המטענים של q1 ו- q2 אינם זהים.
ל- F21 ול-F12 יש את אותו גודל, כיוונים מנוגדים והם פועלים על עצמים שונים, כך ששני הכוחות הללו הם זוג של כוחות פעולה-תגובה.
