Valoarea absolută a forței F între două sarcini punctuale q și Q se referă la distanța dintre sarcini, iar produsul simplu al sarcinilor este mărimea implicată în legea electrostatică. Diagrama arată că sarcinile de același semn se resping reciproc, iar sarcinile opuse se atrag reciproc. Legea lui Coulomb, sau legea invers-pătrată a lui Coulomb, este o lege a fizicii care descrie forța care interacționează între particulele statice încărcate electric.
Unde ke este constanta lui Coulomb (ke = 8,9875×10^9 Nm^2C^-2), q1 și q2 sunt magnitudinile semnate ale sarcinilor, iar scalarul r este distanța dintre sarcini. Legea a fost publicată pentru prima dată în 1784 de către fizicianul francez Charles-Augustin de Coulomb și a fost esențială pentru dezvoltarea teoriei electromagnetismului. Fiind o lege inverse-pătratică, este analogă cu legea inverso-pătratică a gravitației universale a lui Isaac Newton. Legea lui Coulomb poate fi folosită pentru a deduce legea lui Gauss și viceversa.
Forța este de-a lungul liniei drepte care le unește. În imagine, vectorul F1 este forța experimentată de q1, iar vectorul F2 este forța experimentată de q2. Când q1q2 > 0 forțele sunt respingătoare, iar când q1q2 < 0 forțele sunt atractive. Mărimea forțelor va fi întotdeauna egală.
Forma vectorială a ecuației calculează forța F1 aplicată pe q1 cu q2. Dacă se folosește r12, atunci efectul asupra lui q2 poate fi găsit. Atunci când teoria electromagnetică este exprimată folosind Sistemul Internațional de Unități, forța este măsurată în newtoni, sarcina în coulomb și distanța în metri. Constanta Coulomb este dată de ke = 1/4πε0, unde ε0 este constanta electrică (permitivitatea absolută a spațiului liber) în C^2m^-2N^-1.
Unități atomice, unități electrostatice sau unități Gauss, Unitățile Lorentz-Heaviside (raționalizate) pot fi utilizate în diverse convenții. În cazul în care două sarcini au același semn, forța electrostatică dintre ele este respingătoare; dacă au semne diferite, forța dintre ele este atractivă. Ilustrația câmpului electric înconjoară o sarcină pozitivă (roșie) și negativă (albastră), separate la o distanță, într-o singură dimensiune, indicând efectele asupra câmpului în jurul sarcinilor.
Un câmp electric este un câmp vectorial care asociază fiecărui punct din spațiu forța Coulomb experimentată de o sarcină de testare. În cel mai simplu caz, câmpul este generat de o singură sarcină punctuală sursă. Forța și direcția forței Coulomb F pe o sarcină de test qt depinde de câmpul electric E în care se găsește, astfel încât F = qtE. Dacă câmpul este generat de o sarcină pozitivă a sursei q, direcția câmpului electric se îndreaptă radial spre exterior, adică în direcția în care o sarcină de test pozitivă qt s-ar mișca dacă ar fi plasată în câmp.
Amploarea câmpului electric E poate fi derivată din legea lui Coulomb. Constanta lui Coulomb este un factor de proporționalitate care apare în legea lui Coulomb, precum și în alte formule legate de electricitate. Sarcinile nu se suprapun în modelul punctiform, iar conservarea sarcinii este un principiu central: dacă două obiecte se frecă, unul va acumula o cantitate al unui tip de sarcină, iar celălalt o cantitate egală, dar al celuilalt tip. Conservarea sarcinii este esențială în cadrul modelului cu două tipuri de sarcini: "+" și "-".
Legile Coulomb pot fi formulate în două modalități: scalară și vectorială. În forma scalară, forța de interacțiune între două sarcini punctiforme în repaus în vid este direct proporțională cu produsul lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. În această formulare privilegiem modulul produsului q1q2 pentru a determina direcția atractivă sau respingătoare în funcție de semnele sarcinilor.
Forma vectorială a ecuației calculează F1 aplicată asupra q1 în raport cu q2, folosind vectorul rază care leagă sarcina q2 de sarcina q1. Dacă se consideră vectorul r21 = r1 − r2, atunci r21/|r21| este un vector unitar orientat de la q2 către q1. Direcția forței Coulomb este astfel de-a lungul vectorului rază; semnele se interpretează prin proiectarea forțelor pe axele de coordonate. În practică, dacă două sarcini au același semn, forța este respingătoare; dacă sarcinile au semne diferite, forța este atractivă.
Legea lui Coulomb poate fi aplicată în practică în diverse domenii. De exemplu, prin această lege s-au fundamentat dispozitive precum paratrăsnetele, folosite pentru protecția clădirilor în timpul furtunilor. De asemenea, pe baza legii lui Coulomb, a fost dezvoltat un dispozitiv numit accelerator de particule, care creează un câmp electric puternic ce crește energia particulelor în atmosferă.
Direcția forțelor în legea lui Coulomb depinde de polaritatea sarcinilor. Sarcinile similare se resping, iar cele opuse se atrag. Forțele Coulomb pot fi descrise ca un vector de rază, fiind direcționate de-a lungul unei linii între sarcini. În probleme cu corpuri de formă complexă, soluția se obține prin împărțirea în părți mai simple și aplicarea legii Coulomb fiecărei părți, apoi însumarea rezultatelor (metoda triunghiului).
Istoria descoperirii legii Coulomb. Interacțiunea dintre două sarcini punctiforme a fost demonstrată pentru prima dată în 1785 de Charles Coulomb. Fizicianul a arătat adevărul legii formulând rezultate cu ajutorul balanțelor de torsiune, iar principiul acestora a fost discutat în detaliu. Coulomb a demonstrat, de asemenea, că nu există sarcină electrică în interiorul unui condensator sferic, iar mărimea forțelor electrostatice poate fi modificată prin schimbarea distanței dintre corpurile implicate.
În cadrul acestui articol, au fost prezentate formularea oficială a legii Coulomb, componentele sale și aplicațiile acesteia. Sarcina, un termen pentru cantitatea de sarcină electrică, este o mărime asociată cu forțe electrice ce acționează asupra unui obiect. Două tipuri de sarcină au fost introduse: una pozitivă și una negativă, iar conservarea sarcinii este o idee fundamentală în modelul în care materia este alcătuită din particule fundamentale.
Este demn de menționat că reprezentările cu semnele "+" și "-" ajută la înțelegerea interacțiunilor dintre obiecte. Alegerea semnului pentru obiecte este convențională, dar rezultatele vor fi consecvente dacă alegerea este coerentă. Un obiect cu sarcină totală zero este neutră electric.
În concluzie, legea lui Coulomb descrie forța de interacțiune dintre sarcini electrice punctiforme în repaus în vid, fiind direct proporțională cu produsul sarcinilor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Forma vectorială facilitează calculul forțelor în diferite situații, iar aplicațiile acestei legi în tehnică și știință sunt numeroase, de la instrumente de protecție până la acceleratoare de particule.
- Legea lui Coulomb: F = ke · |q1q2| / r^2, cu direcția pe linia dintre sarcini
- Forța este atractivă pentru sarcini de semn diferit și respingătoare pentru semne identice
- Constanta Coulomb ke în vid este 8,9875517873681764×10^9 N m^2 C^-2
- Vectorii de forță pot fi utilizați în forma vectorială folosind r21 sau r12
- Aplicabilitatea legii Coulomb se extinde la definirea câmpului electric și relația F = qE
Direcția forței în Legea lui Coulomb
După cum s-a menționat, direcția forțelor între sarcini depinde de polaritatea acestora: sarcinile similare se resping, cele opuse se atrag. Forțele Coulomb sunt direcționate de-a lungul vectorului rază care unește cele două sarcini, iar folosirea formei vectoriale necesită proiectarea semnelor corecte pe axele de coordonate. În cazul obiectelor mari sau cu forme complexe, soluția se obține prin descompunerea în părți mai simple și aplicarea suprapunerii forțelor rezultate.
Istoria descoperirii și aplicațiile
Legătura dintre existența forțelor electrostatice și distanța dintre corpuri a reprezentat o descoperire cheie a lui Coulomb. Aparatul de torsiune a fost instrumentul principal în experimentele sale, iar rezultatele sale au susținut formularea legii. Conceptul de sarcină electrică și conservarea sarcinii au fost introduse în contextul interacțiunilor electrice, permițând înțelegerea distribuției sarcinilor între particulele elementare și între obiecte reale.
Paragrafele despre câmpul electric, legea lui Gauss și unitățile de măsurare intră în cadrele teoretice ale legii Coulomb, iar legătura dintre legea Coulomb și câmpul electric este esențială pentru învățarea fizicii clasice și a electromagnetismului.
tags: #doua #corpuri #punctiforme #cu #sarcinile
Postări populare:
- Îngrijire pediatrică integrală la Arcadia Iași: telemedicină pentru copii
- Ce se întâmplă în săptămâna 21 de sarcină: dezvoltarea fetală
- Tratament Natural pentru Infertilitate
- Informații utile despre garda de pediatrie din Noiembrie, Sălaj
- Cum să menții umiditatea optimă în camera bebelușului folosind dezumidificatoare