IL leggenelCoulomb è un'importante legge della fisica che afferma che la forza elettrostatica tra due cariche elettriche è proporzionale al modulo delle cariche elettriche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che la separa.
Legge di Coulomb e forza elettrica
Carlo Agostino nel Coulomb (1736-1806) è stato un fisico francese responsabile della determinazione della legge che descrive la forza di interazione tra le cariche elettriche. A tal fine, Charles Coulomb ha utilizzato un equilibrio di torsione, simile alla scala utilizzata da Henry Cavendish per determinare la costante di gravitazione universale.
oh apparato sperimentale usato da Coulomb consisteva in un'asta metallica capace di ruotare, che, una volta carica, veniva respinta da una piccola sfera metallica carica di cariche elettriche dello stesso segno. La figura seguente mostra uno schema dell'equilibrio di torsione utilizzato dal fisico:
L'equilibrio di torsione è stato utilizzato da Coulomb per determinare la legge di interazione tra le cariche elettriche.
Formula della legge di Coulomb
Secondo la sua legge, la forza tra due particelle elettricamente cariche è direttamente proporzionale alla grandezza delle loro cariche ed è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra di loro. Di seguito, vi presentiamo il formula matematica descritto dalla legge di Coulomb:
F — forza elettrostatica (N)
K0 — costante del vuoto dielettrico (N.m²/C²)
Q — carica elettrica (C)
che cosa — prova di carica elettrica (C)
d — distanza tra le cariche (m)
Nella formula sopra, K0 è una costante di proporzionalità chiamata costante del vuoto elettrostatico, il suo modulo è approssimativamente 9,0.109 Nm²/C².Inoltre, sappiamo che un sacco di segnaleparirespingere mentre carichi di segnaligli opposti si attraggono, come mostrato nella figura seguente:
Le cariche di segno uguale si respingono e le cariche di segno opposto si attraggono.
Vedi anche: Che cos'è l'elettricità?
Vale la pena notare che, anche se i carichi hanno moduli diversi, la forza di attrazione tra loro è uguale, poiché, secondo il La terza legge di Newton — la legge di azione e reazione — la forza che le accuse esercitano l'una contro l'altra è pari nel modulo. Questi si trovano in stessodirezione, tuttavia, in sensi opposti.
I capelli della donna nella figura sono carichi di carica dello stesso segno e quindi si respingono.
Una proprietà importante della forza elettrica è che è a Grandezza vettoriale Vector, cioè può essere scritto usando i vettori. I vettori sono rettilinei orientati che presente modulo, direzione e senso. Pertanto, nei casi in cui due o più vettori di forza elettrica non sono paralleli o opposti, è necessario applicare le regole di somma vettoriale, per calcolare la forza elettrica netta su un corpo o una particella.
Vedi anche: Che cos'è un campo elettrico?
Grafico della legge di Coulomb
La legge di Coulomb afferma che la forza elettrica tra due particelle cariche è inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Quindi, se due cariche elettriche sono a distanza d, e vieni incontro a metà di quella distanza (d/2),la forza elettrica tra di loro deve essere aumentata di quattro volte (4F):
Se riduciamo della metà la distanza tra due cariche, la forza elettrica tra di esse aumenta di quattro volte.
Controlla una tabella che mostra la relazione della forza elettrica tra due carichi di modulo q, quando separati da distanze diverse:
modulo di potenza elettrica |
Distanza tra le cariche |
F/25 |
d/5 |
FA/16 |
d/4 |
FA/9 |
d/3 |
FA/4 |
d/2 |
F |
d |
4F |
2d |
9F |
3d |
16F |
4d |
25F |
5 D |
Mettendo la legge di Coulomb sotto forma di un grafico della forza in funzione della distanza, abbiamo la seguente forma:
Esempi di legge di Coulomb
1) Due particelle cariche elettricamente, con cariche di 1,0 μC e 2,0 mC, vengono separate nel vuoto a una distanza di 0,5 m. Determinare l'entità della forza elettrica esistente tra le cariche.
Risoluzione:
Usiamo la legge di Coulomb per calcolare l'intensità della forza elettrica che agisce sulle cariche:
2) Due particelle puntiformi cariche di cariche elettriche identiche e di modulo q sono separate ad una distanza d. Quindi, raddoppiare (2q) il modulo di uno dei carichi, triplicare il modulo dell'altro (3q) e modificare la distanza tra i carichi a un terzo della distanza iniziale tra loro (d/3). Determinare il rapporto tra le forze elettriche iniziali e finali esistenti tra le cariche.
Esercizi risolti sulla legge di Coulomb
1) Due particelle cariche con cariche elettriche identiche q, sostenute da fili inestensibili e massa trascurabile, sono in equilibrio di forze, come nella figura sotto riportata:
Se m = 0.005 kg è la massa di ciascuna delle particelle, determinare:
Dati:
g = 10 m/s²
K0 = 9.109 Nm²/C²
a) il modulo della forza di repulsione elettrica che agisce sui carichi;
b) il modulo delle cariche elettriche delle particelle.
Risoluzione:
a) Per calcolare il modulo della forza elettrica tra le particelle, è necessario notare la seguente somiglianza tra gli angoli, osservare la figura:
Possiamo dire che la tangente dell'angolo θ dei due triangoli (i cui lati sono formati dalle distanze 4 e 3 e F e P) è uguale, e quindi facciamo il seguente calcolo:
b) Calcolato il modulo della forza elettrica tra le cariche, è possibile determinarne il modulo, poiché le cariche sono identiche:
Di Me. Rafael Helerbrock
