Вам вже відомо, що електрично заряджені тіла взаємодіють одне з одним. Цілком логічно постає запитання: «Від чого ж залежить сила взаємодії електрично заряджених тіл?». Вперше закон взаємодії нерухомих електричних зарядів установив англійський фізик Генрі Кавендіш, однак свої дослідження він не оприлюднив і вони стали відомі науковій громадськості вже після того, як у 1785 р. французький фізик Шарль Огюстен Кулон незалежно від Кавендіша визначив закон взаємодії електричних зарядів.

У своїх дослідах Кулон вимірював сили притягання й відштовхування заряджених кульок за допомогою сконструйованого ним приладу — крутильних терезів, які мали надзвичайно високу чутливість. Наприклад, коромисло терезів поверталось на 1 ° під дією сили лише 10-9 Н. Вимірюючи за шкалою кут повороту рухомого заряду, можна визначати силу взаємодії між зарядами.

Кулон вимірював у дослідах взаємодію між кульками, розміри яких набагато менші за відстань між ними. Такі заряджені тіла називають точковими зарядами.

Точковим зарядом називають заряджене тіло, розмірами якого в умовах певної задачі можна знехтувати.

У результаті досліджень Кулон встановив закон, який носить його ім’я:

Сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів прямо пропорційна чисельному значенню добутку цих зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними та напрямлена вздовж прямої лінії, що з’єднує ці заряди:

Взаємодію нерухомих електричних зарядів називають електростатичною, або кулонівською, взаємодією. 

Запитання для самоперевірки

1. Які заряди називають точковими?

2. Сформулюйте закон Кулона.

3. Поясніть фізичний зміст величин, що входять до формули, яка виражає закон Кулона.

4. Що називають кулонівською взаємодією?

Приклади розв’язування задач на використання закону Кулона. 

Задача 1. Дві однаково заряджених порошинки перебувають на відстані 12 мм одна від іншої та взаємодіють із силою 1 мН. Визначте заряд кожної з порошинок.

Задача 2. Заряди двох однакових маленьких кульок дорівнюють -2 нКл і 10 нКл. Кульки привели в контакт одна з одною, після чого їх розвели на початкову відстань. У скільки разів змінилась сила взаємодії між кульками? 

Задачі

1. Поясніть, як зміниться сила взаємодії двох точкових зарядів, якщо відстань між ними збільшити у 3 рази.

2. Поясніть, як зміниться сила взаємодії між двома зарядженими точковими тілами, якщо заряд кожного з них збільшити у 2 рази.

3. Дві дощові хмари мають електричні заряди 12 і 20 Кл. Хмари перебувають на відстані 3 км одна від одної. Обчисліть силу кулонівської взаємодії між хмарами, вважаючи їх точковими зарядами, оскільки розміри хмар значно менші за відстані між ними.

4. Обчисліть відстань, між двома точковими зарядами 10 нКл і 3 нКл, якщо сила їх взаємодії становить 24 • 10-5 Н.

5. Два однакових точкових позитивних заряди перебувають на відстані 10 мм один від одного. Заряди взаємодіють із силою 7,2 • 10-4 Н. Визначте величини цих зарядів.

6. Дві однакові маленькі заряджені кульки перебувають на відстані 40 см одна від одної. Заряд однієї з них 8 нКл, а другої —2 нКл. Кульки привели в дотик і повернули в початкове положення. Знайдіть силу взаємодії кульок до та після дотику.

7. На якій відстані один від одного у вакуумі перебувають два точкові заряди 1 мкКл і 10 нКл, якщо вони взаємодіють із силою 9 мН?

8. У скільки разів потрібно збільшити відстань між точковими зарядами при збільшенні величини заряду одного з них у 9 разів, щоб сила взаємодії між ними не змінилася?

9. Яка сила кулонівської взаємодії між ядром і електроном в атомі водню, якщо відстань між ними наближено дорівнює 10-10 м, а модулі їхніх зарядів однакові?

10. Два позитивні заряди 1 і 2 нКл перебувають на відстані 2 см один від одного. З якою силою вони відштовхуються?

11. Обчисліть відстань між двома точковими зарядами 10 нКл і 3 нКл, якщо сила їх взаємодії становить 24 • 10-5 Н.

12. Два однакові точкові позитивні заряди перебувають на відстані 10 мм один від одного. Заряди взаємодіють із силою 9 • 10-3 Н. Визначте величини цих зарядів.

Приклади навчальних цілей

• Пов’яжіть величину електростатичної сили із зарядами та відстанню між ними

• Визначте, що робить силу притягуючою чи відштовхувальною.