Coulombov zakon
Dva nabita telesa se potiskata ali vlečeta z električno silo. Ta sila raste, če je kateri koli naboj večji, a zelo hitro pojema, ko se naboja oddaljujeta — podvojitev razdalje med njima prereže silo na le četrtino.
Formula
F = k · q₁ · q₂ / r²
- F — sila (N): električni potisk ali vlečenje med obema nabojev
- k — Coulombova konstanta (N·m²/C²): fiksno število, približno devet krat deset na deveto, ki določa jakost električne sile
- q₁ — prvi naboj (C): količina električnega naboja na prvem telesu
- q₂ — drugi naboj (C): količina električnega naboja na drugem telesu
- r — razdalja (m): razdalja med središčema obeh nabojev
Rešen primer
Dva majhna naboja, q₁ = 2 μC in q₂ = 1 μC, sedita 0.1 metrov narazen. Katero električno silo izvajata drug na drugega?
- 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
Preizkusi se
Ista dva naboja sta razpotegnjena na dvakratno razdaljo, 0.2 metra. Katera je nova sila?
- 0.9 N
- Pravilen odgovor: 0.45 N
- 3.6 N
Prav! Podvojitev razdalje deli silo s štirimi, ker je razdalja na kvadrat: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.
Z r pri 0.1 metrih se q₁ podvoji na 4 μC, q₂ pa ostane pri 1 μC. Katera je nova sila?
- 1.8 N
- 0.9 N
- Pravilen odgovor: 3.6 N
Točno — sila je neposredno sorazmerna z vsakim nabojem, zato podvojitev q₁ podvoji F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.
Kje to vidiš
Podrgni balon po laseh in se prilepi na steno; obleka sveže iz sušilca se oprijema in iskri; kopirnik potegne toner točno na nabite dele bobna. V vsakem primeru majhni ločeni naboji potiskajo in vlečejo s silo, ki je ogromna od blizu in hitro pojema z razdaljo.
Pogoste napake
Refleksna napaka je prepolovitev: podvoji razdaljo, pol sile — razdalja je na kvadrat, zato njena podvojitev deli silo s štirimi (1.8 N postane 0.45 N), potrojitev pa z devetimi. Naboja nimata takšnega eksponenta: podvojitev enega naboja preprosto podvoji silo (1.8 N postane 3.6 N), in samo r v F = k · q₁ · q₂ / r² nosi kvadrat. Zapomni si, sila lahko potiska narazen ali vleče skupaj — za razliko od težnosti naboji prihajajo v dveh predznakah.
Kako se povezuje
To je električna dvojnica gravitacije: F = k · q₁ · q₂ / r² ima točno geometrijo obratnega kvadrata Newtonovega zakona, z zamenjavo mas z naboji in dodanim odbijanjem. Sidra ves modul elektromagnetizma — kapaciteta, ki sledi, je tisto, kar se zgodi, ko shraniš naboj, ki ga ta zakon potika naokoli, in vsaka poznejša lekcija privzame, da naboji interagirajo tako.