La legge di Coulomb

Due oggetti carichi si spingono o si tirano con una forza elettrica. Quella forza cresce se una delle cariche aumenta, ma svanisce in fretta separandole: raddoppiare la distanza taglia la forza a un quarto.

La formula

F = k · q₁ · q₂ / r²

  • F — forza (N): la spinta o tirone elettrico tra le due cariche
  • k — costante di Coulomb (N·m²/C²): un numero fisso, circa nove per dieci alla nona, che fissa la forza dell'interazione
  • q₁ — prima carica (C): la carica elettrica del primo oggetto
  • q₂ — seconda carica (C): la carica elettrica del secondo oggetto
  • r — distanza (m): la distanza tra i centri delle due cariche

Esempio risolto

Due piccole cariche, q₁ = 2 μC e q₂ = 1 μC, distano 0.1 metri. Quale forza elettrica esercitano l'una sull'altra?

  • q₁ = 2 μC
  • q₂ = 1 μC
  • r = 0.1 m
  1. F = k · q₁ · q₂ / r²
  2. F = (9×10⁹ · 2×10⁻⁶ · 1×10⁻⁶) / (0.1)²

F = 1.8 N

Mettiti alla prova

Le stesse due cariche sono portate al doppio della distanza, 0.2 metri. Qual è la nuova forza?
  • 0.9 N
  • Risposta corretta: 0.45 N
  • 3.6 N

Giusto! Raddoppiare la distanza divide la forza per quattro, poiché la distanza è al quadrato: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.

Con r a 0.1 metri, q₁ raddoppia a 4 μC mentre q₂ resta 1 μC. Qual è la nuova forza?
  • 1.8 N
  • 0.9 N
  • Risposta corretta: 3.6 N

Esatto — la forza è direttamente proporzionale a ciascuna carica, quindi raddoppiare q₁ raddoppia F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.

Dove lo vedi

Strofinare un pallone sui tuoi capelli e aderisce al muro; i vestiti freschi dall'asciugatrice si attaccano l'uno all'altro e scintillano; una fotocopiatrice tira il toner esattamente sulle parti cariche del tamburo. In ogni caso piccole cariche separate spingono e tirano con una forza che è enorme da vicino e scompare velocemente con la distanza.

Errori comuni

L'errore riflesso è dimezzare: raddoppia la distanza, dimezza la forza — la distanza è al quadrato, quindi raddoppiarla divide la forza per quattro (1,8 N diventa 0,45 N), e triplicarla la divide per nove. Le cariche non hanno tale esponente: raddoppiare una carica semplicemente raddoppia la forza (1,8 N diventa 3,6 N), e solo la r in F = k · q₁ · q₂ / r² ha il quadrato. Ricorda che la forza può spingere via o tirare insieme — a differenza della gravità, le cariche vengono in due segni.

Come si collega

Questo è il gemello elettrico della gravitazione: F = k · q₁ · q₂ / r² ha esattamente la geometria dell'inverso del quadrato della legge di Newton, scambiando masse per cariche e aggiungendo repulsione. Questo ancora l'intero modulo di elettromagnetismo — la capacitanza, dopo, è quello che accade quando immagazzini la carica che questa legge spinge intorno, e ogni lezione successiva assume che le cariche interagiscono in questo modo.

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