ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 58.2: Закон Кулона

Закон Кулона описывает силу электростатического взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами. Сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

где F — сила взаимодействия, q₁ и q₂ — величины зарядов, r — расстояние между центрами зарядов, а k — коэффициент пропорциональности.

Направление силы определяется принципом суперпозиции и законом сохранения импульса: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Силы действуют вдоль прямой, соединяющей центры зарядов.

Коэффициент k в законе Кулона зависит от системы единиц измерения и среды, в которой происходит взаимодействие. В Международной системе единиц (СИ) он равен:

Физический смысл этого числа можно понять, если представить два единичных заряда (1 Кл), находящихся на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме. Согласно формуле, сила их взаимодействия будет равна 9·10⁹ Н. Это огромная сила, что показывает, насколько сильным является электрическое взаимодействие по сравнению с гравитационным.

Также коэффициент k связан с диэлектрической проницаемостью вакуума ε₀ соотношением k=1/4πε₀. Таким образом, k характеризует «жёсткость» электромагнитного поля в данной среде.

Закон Кулона справедлив только для точечных зарядов . Точечный заряд — это идеализированное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других зарядов, участвующих во взаимодействии.

Если размеры заряженных тел сопоставимы с расстоянием между ними, то распределение заряда по поверхности тела влияет на силу взаимодействия, и простая формула F=kq₁q₂/r² становится неточной. В таких случаях тело разбивают на множество малых элементов, каждый из которых считается точечным зарядом, и суммируют силы (принцип суперпозиции).

Кроме того, закон выполняется для неподвижных зарядов. Если заряды движутся, возникают магнитные эффекты, и полная сила Лоренца уже не описывается только законом Кулона.