Coulomb zákon vysvetlenie, receptúra ​​a jednotky, cvičenia, experimenty

Ten Coulomb Je to fyzikálne právo, ktorý riadi interakciu medzi elektricky zaťaženými objektmi. Uviedol to francúzsky vedec Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) vďaka výsledkom jeho experimentov prostredníctvom torznej rovnováhy.

V roku 1785 Coulomb zažil nespočetné množstvo časov s malými elektricky nabitými guľami, napríklad privádzanie alebo preč dve gule, menili sa rozsah jeho zaťaženia a tiež jej znak. Každú odpoveď vždy sledujte a opatrne zaregistrujte.

postava 1. Schéma, ktorá ukazuje interakciu medzi konkrétnymi elektrickými poplatkami prostredníctvom Coulombovho zákona.

Tieto malé gule sa dajú považovať za konkrétne zaťaženia, to znamená, objekty, ktorých rozmery sú zanedbateľné. A napĺňajú, ako je známe od času starovekých Grékov, že zaťaženie toho istého znamenia sa odrazuje a pritiahne sa nádoby s rôznymi znakmi.

Obrázok 2. Vojenský inžinier Charles Coulomb (1736-1806) sa považuje za najdôležitejšieho fyzika vo Francúzsku. Zdroj: Wikipedia Commons.

S týmto vedomím Charles Coulomb zistil nasledujúce:

-Sila príťažlivosti alebo odporu medzi dvoma špecifickými nábojmi je priamo úmerná produktu veľkosti zaťaženia.

-Táto sila je vždy nasmerovaná pozdĺž línie, ktorá sa spája s nákladmi.

-Nakoniec je veľkosť sily nepriamo úmerná štvorcovej vzdialenosti, ktorá oddeľuje záťaže.

[TOC]

Receptúra ​​a jednotky zákona Coulomb

Vďaka týmto pozorovaniam Coulomb dospel k záveru, že veľkosť sily F Medzi dvoma konkrétnymi poplatkami Otázka₁ a Otázka₂, oddelil vzdialenosť r, Matematicky sa dáva:

Pretože sila je vektorov veľkosť, na jeho vyjadrenie je úplne definovaný jednotkový vektor r V smere čiary, ktorá spája zaťaženie (jednotkový vektor má veľkosť rovná 1).

Navyše, nevyhnutná proporcionálnosť konštanta transformácie predchádzajúceho výrazu na rovnosť sa nazýva K_a alebo jednoducho k: elektrostatická konštanta ani Coulombová konštanta.

Nakoniec sa ustanovuje zákon Coulomb pre presné zaťaženie:

Sila, ako vždy v medzinárodnom systéme jednotiek, prichádza v Newtone (N). Pokiaľ ide o obvinenia, jednotka sa nazýva Coulomb (C) na počesť Charlesa Coulombra a nakoniec vzdialenosť R prichádza v metroch (M).

Pozorne pozorovanie predchádzajúcej rovnice je zrejmé, že elektrostatická konštanta musí mať jednotky n.m² / C², Výsledkom je získať newtony. Hodnota konštanty bola experimentálne stanovená ako:

Môže vám slúžiť: Bezplatné vektory: Vlastnosti, príklady, cvičenia

klimatizovať_a = 8.89 x 10 ⁹ N.m² / C² ≈ 9 x 10 ⁹ N.m² / C²

Obrázok 1 zobrazuje interakciu medzi dvoma elektrickými nábojmi: ak sú rovnakým znakom, že sú odrazení, inak priťahujú.

Všimnite si, že Coulombov zákon vyhovuje Newtonovmu tretiu zákonu alebo zákon o konaní a reakcii, a preto veľkosti F₁ a F₂ Sú rovnaké, adresa je rovnaká, ale zmysly sú oproti.

Ako uplatniť Coulombov zákon

Na vyriešenie interakcií medzi elektrickými nábojmi sa musí zohľadniť nasledujúce:

- Rovnica sa používa výlučne v prípade špecifických zaťažení, tj elektricky naložených objektov, ale veľmi malých rozmerov. Ak majú naložené objekty merateľné rozmery, je potrebné ich rozdeliť na veľmi malé zaťaženie a potom pridať príspevky každého z týchto zaťažení, pre ktoré sa vyžaduje komplexný výpočet.

- Elektrická sila je vektorová veľkosť. Ak existuje viac ako dve náboje interakcie, čistá sila na záťaž q_Jo Je to dané zásadou superpozície:

F_Slepo = F_i1 + F_I2 + F_i3 + F_i4 +… = ∑ F_ij

Kde index J Vale 1, 2, 3, 4 ... a predstavuje každé zostávajúce zaťaženie.

- Musí to byť vždy v súlade s jednotkami. Najčastejšie pracuje s elektrostatickou konštantou v jednotkách, ak sa musíte uistiť.

- Nakoniec sa rovnica použije, keď sú zaťaženia v statickom zostatku.

Vyriešené cvičenia

- Cvičenie 1

Na nasledujúcom obrázku sú dve špecifické zaťaženia +q a +2q. Tretie presné zaťaženie -Q je umiestnené na P. Žiada sa, aby našla elektrickú silu na tomto záťaži kvôli prítomnosti ostatných.

Obrázok 3. Schéma za rok vyriešená 1. Zdroj: Giambattista, a. Fyzika.

Riešenie

Prvá vec je vytvoriť vhodný referenčný systém, ktorý je v tomto prípade horizontálna os alebo x -ax. Pôvod tohto systému môže byť kdekoľvek, ale podľa pohodlia bude umiestnený do P, ako je znázornené na obrázku 4A:

Môže vám slúžiť: BethelgeuseObrázok 4. Schéma pre rok vyriešená 1. Zdroj: Giambattista, a. Fyzika.

Zobrazuje sa aj schéma síl na -Q, berúc do úvahy, že je priťahovaná k ďalším dvom (obrázok 4b).

Zavolajme F₁ Na silu, ktorá uplatňuje zaťaženie, ktoré je na základe zaťaženia -Q, sú nasmerované pozdĺž osi x a body v negatívnom slova zmysle, preto:

Jednotkový vektor v smere osi x je X S obvodovým prízvukom v rovnici. Toto je bežný zápis pre jednotkový vektor. Menšie znamenie sa objaví, pretože sila F₁ body v negatívnom zmysle osi.

Sa vypočíta analogický F₂:

Všimnite si, že veľkosť F₂ Je to polovica F₁, Aj keď je zaťaženie dvojité. Na nájdenie čistej sily sú konečne pridané vektorovo F₁ a F₂:

F_Slepo = (-k + k/2).(Q² /d²)X) N = - (k/2).(Q² /d²)X) N

- Cvičenie 2

Dve polystyrénové sférity rovnakej hmotnosti m = 9.0 x 10^-8 kg majú rovnaké kladné zaťaženie q a sú zavesené hodvábnou niťou v dĺžke l = 0,98 m. Gule sú oddelené vzdialenosťou d = 2 cm. Vypočítať hodnotu.

Riešenie

Situácia vyhlásenia je opísaná na obrázku 5A.

Obrázok 5. Schémy na rozlíšenie cvičenia 2. Zdroj: Giambattista, a. Fyzika /f. Zapata.

Vybrali sme si jeden z sféritov a na nej nakreslíme izolovaný diagram tela, ktorý obsahuje tri sily: hmotnosť W, Napätie Tón a elektrostatické odpudenie F, Ako je uvedené na obrázku 5b. A teraz kroky:

Krok 1

Hodnota 9/2 sa vypočíta s trojuholníkom na obrázku 5c:

9/2 = arcsen (1 x 10^-2/0.98) = 0.585 °

Krok 2

Potom musíte uplatniť Newtonov druhý zákon a zápas 0, pretože poplatky sú v statickom zostatku. Je dôležité zdôrazniť toto napätie Tón Je naklonený a má dve komponenty:

∑f_X = -T.hriech θ + f = 0

∑f_a = T.cos θ - w = 0

Krok 3

Vyčistíme veľkosť napätia poslednej rovnice:

Môže vám slúžiť: Dynamika: História, aké štúdie, zákony a teórie

T = w/ cos θ = mg/ cos θ

Krok 4

Táto hodnota sa nahradí v prvej rovnici, aby sa našla veľkosť f:

F = t sin θ = mg (sin 9 / cos θ) = mg. Tg 9

Krok 5

Ako f = k q² /d², Vymaže Q:

Nahradením číselných hodnôt poskytnutých príkazom sa získa:

Q = 2 × 10^-jedenásť C.

Experimenty

Kontrola Coulombovho zákona je jednoduchá pomocou torznej rovnováhy podobnej rovnováhe použitej v jeho laboratóriu.

Existujú dve malé gule Saúco, z ktorých jedna, jedna v strede rovnováhy, je zavesená z nite. Experiment spočíva v dotyku sfér Saúco stiahnutých s ďalšou kovovou guľou naloženou zaťažením q.

Obrázok 6. Coulombova torzná rovnováha.

Okamžite sa zaťaženie rozdelí rovnako medzi dve guľové sféry Saúco, ale potom, rovnako ako zaťaženie toho istého znamenia, odrazujú. Sila, ktorá spôsobuje torziu závitu z nite a okamžite sa pohybuje od pevnej gule, ktorá pôsobí na zavesenú guľu.

Potom vidíme, že sa niekoľkokrát pohybuje, kým sa rovnováha nedosiahne. Potom torzia tyče alebo vlákna, ktorá ho drží.

Ak boli gule pôvodne na 0, teraz mobilná guľa zmení uhol 9. Okolo rovnováhy je na meranie tohto uhla absolventská páska na meranie tohto uhla. Pri predtým určovaní torznej konštanty sa ľahko vypočítava odpudzovacia sila a hodnota zaťaženia získaného sférami Saúco.

Odkazy

1. Figueroa, D. 2005. Séria: Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 5. Elektrostatika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, a. 2010. Fyzika. Druhé vydanie. McGraw Hill.
3. Giancoli, D.  2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. Ed Prentice Hall.
4. Resnick, r. 1999. Fyzický. Zvuk. 2. 3. vydanie. v španielčine. Kontinentálna redakčná spoločnosť s.Do. c.Vložka.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. Edimatizovať. Zväzok 2.