Il-Liġi ta’ Coulomb
Żewġ oġġetti mgħobbija jimbottu jew jiġbdu xulxin b’forza elettrika. Dik il-forza tikber jekk kwalunkwe ċarqa tkun akbar, imma tonqos ħafna malajr hekk kif iċ-ċrari jinfirdu — tdubbiljar tad-distanza bejniethom jinqasam il-forza għal kwart biss.
Il-formula
F = k · q₁ · q₂ / r²
- F — forza (N): il-push jew ġbid elettriku bejn iż-żewġ ċrari
- k — kostanti ta’ Coulomb (N·m²/C²): numbru fiss, madwar disgħa darbiet għaxra għat-tmien, li jissettja s-saħħa ta’ forza elettrika
- q₁ — l-ewwel ċarqa (C): l-ammont ta’ ċarqa elettrika fuq l-ewwel oġġett
- q₂ — t-tieni ċarqa (C): l-ammont ta’ ċarqa elettrika fuq it-tieni oġġett
- r — distanza (m): id-distanza bejn iċ-ċentri taż-żewġ ċrari
Eżempju maħdum
Żewġ ċrari żgħar, q₁ = 2 μC u q₂ = 1 μC, joqgħodu 0.1 metri mqarbin xulxin. Xi forza elettrika jeżerċitaw fuq xulxin?
- q₁ = 2 μC
- q₂ = 1 μC
- r = 0.1 m
- F = k · q₁ · q₂ / r²
- F = (9×10⁹ · 2×10⁻⁶ · 1×10⁻⁶) / (0.1)²
F = 1.8 N
Itestja lilek innifsek
L-istess żewġ ċrari jiġu mġbuda aktar bogħod għal darbtejn id-distanza, 0.2 metri. X’hi l-forza l-ġdida?
- 0.9 N
- It-tweġiba t-tajba: 0.45 N
- 3.6 N
Tajjeb! It-tdubbiljar tad-distanza jaqsam il-forza b’erba’, għax id-distanza tkun kwadra: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.
Biż-żomm ta’ r f’0.1 metri, q₁ jiddubbja għal 4 μC filwaqt li q₂ jibqa’ f’1 μC. X’hi l-forza l-ġdida?
- 1.8 N
- 0.9 N
- It-tweġiba t-tajba: 3.6 N
Eżattament — il-forza hi direttament proporzjonali għal kull ċarqa, għalhekk it-tdubbiljar ta’ q₁ jiddubbja F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.
Fejn tara dan
Ħaffef balun fuq xagħrek u jixxejteh mal-ħajt; ħwejjeġ ġodda min-nixfa jxommx xulxin u jixxegħlu; fotokkopjatutra tiġbed toner eżattament fuq il-partijiet mgħobbija ta’ t-tamburu. F’kull każ ċrari żgħar separati jimbottu u jiġbdu b’forza enorma qrib u tonqos malajr mad-distanza.
Żbalji komuni
Ir-rifless żball hu l-inqasament: tdubbja d-distanza, nofs il-forza — id-distanza tkun kwadra, għalhekk it-tdubbiljar tagħha jaqsam il-forza b’erba’ (1.8 N isir 0.45 N), u tripla jinqasamha b’disgħa. Iċ-ċrari ma jkollhom l-ebda eżponent bħal dak: it-tdubbiljar ta’ ċarqa waħda sempliċement jiddubbja l-forza (1.8 N isir 3.6 N), u biss r f’F = k · q₁ · q₂ / r² iġorr il-kwadru. Ftakar li l-forza tista’ tbatti ’l barra jew tiġbed flimkien — b’differenza mill-gravità, iċ-ċrari jiġu f’żewġ sinjali.
Kif jinqabad
Din hi l-ġemell elettriku ta’ gravitazzjoni: F = k · q₁ · q₂ / r² għandha l-istess ġeometrija ta’ kwadru invers ta’ liġi ta’ Newton, u tbiddel il-massi għal ċrari u żid repulsjoni. Dan jankra l-modulu ta’ elettromanjetiżmu kollu — kapaċitanza, li jmiss, hi x’seħħ meta taħżen iċ-ċarqa li din il-liġi tbatti madwar, u kull lezzjoni li jmiss tassumi liċ-ċrari jinteraġixxu b’dan il-mod.