ელექტროსტატიკის ძირითადი კანონი-კულონის კანონი

შევუდგეთ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებათა რაოდენობრივი კანონების შესწავლას. მოიკრიბეთ მთელი ყურადღება, ნუ იფიქრებთ ნურაფერზე და ნურავიზე, შეყვარებულზეც კი, რადგან ეს საკითხი არის თავიდათავი ელექტროსტატიკისა და ამ საკითხთან დაკავშირებული ამოცანებისაც.

სანამ კანონის შესწავლას დავიწყებთ, გავეცნოთ მის ავტორს-შარლ ოგიუსტენ კულონს.

შარლ ოგიუსტენ კულონი (1736-1806) ფრანგი მეცნიერია. ცნობილია შრომებით ელექტრობასა და მაგნეტისმში. იგი იკვლევდა ხახუნის ძალებსაც. დამუხტულ სხეულთა ურთიერთქმედებასთან ერთად მან შეისწავლა გრძელი მაგნიტების პოლუსთა ურთიერთქმედება.

ჯერ განვიხილოთ ყველაზე მარტივი შემთხვევა, როცა ელექტრულად დამუხტული სხეულები უძრავია. ელექტროდინამიკის ნაწილს, რომელიც უძრავ ელექტრულ მუხტებს სწავლობს, ელექტროსტატიკა ეწოდება.

წერტილოვანი დამუხტული სხეულები ბუნებაში არ არსებობს. მაგრამ გავიხსენოთ წესი, რომელიც ვისწავლეთ მექანიკაში: თუ სხეულთა შორის არსებული მანძილი ბევრად მეტია მათ ზომებზე, მაშინ დამუხტულ სხეულთა არც ფორმა და არც ზომები არსებით გავლენას არ აზდენს მათ ურთიერთქმედებაზე.

დამუხტულ სხეულთა ურთიერთქმედების ძალა დამოკიდებულია ამ სხეულებს შორის არსებულ გარემოს თვისებებზე. ჩავთვალოთ, რომ ურთიერთქმედება ხდება ვაკუუმში-უჰაერო სივრცეში, თუმცა ცნობისთვის გეტყვით, რომ ჰაერი უმნიშვნელოდ მოქმედებს ურთიერთქმედების ძალაზე.

კულონის კანონი: ცდების შემდეგ კულონმა დაადგინა კანონი, რომელიც ძალიან მოგვაგონებს მსოფლიო მიზიდულობის კანონს (არ ვლაპარაკობ იმათზე, ვინც ესეც არ იცის). ვაკუუმში ორი წერტილოვანი უძრავი დამუხტული სხეულის ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია მუხტების მოდულის ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

ამ ძალას კულონურ ძალას უწოდებენ.

თუ მუხტების მოდულებს |q1|-ით და |q2|-ით აღვნიშნავთ, მათ შორის მანძილს კი r-ით, კულონის კანონი შემდეგი სახით დაიწერება:

F=kq1q2 / r(2)

სადაც k პროპორციულობის კოეფიციენტია. k რიცხვობრივად ტოლია ერთეული მუხტების ურთიერთქმედების ძალისა, როცა მუხტებს შორის მანძილი სიგრძის ერთეულის ტოლია. 


k მუდმივი სიდიდეა და რიცხვობრივად ტოლია:

 k=9*10(9) ნ*მ(2)/კ(2)

 ზუსტად ასეთი სახე აქვს მსოფლიო მიზიდულობის კანონს, მაგრამ მუხტების ნაცვლად მის ფორმულაში შედის მასები, k კოეფიციენტის როლს კი გრავიტაციული მუდმივა-G ასრულებს.

ადვილად შეამჩნევთ, რომ ძაფებზე დაკიდებული ორი დამუხტული ბურთულა ან მიიზიდავს, ან განიზიდავს ერთმანეთს. აქედან გამომდინარეობს, რომ ორი წერტილოვანი დამუხტული სხეულის ურთიერთქმედების ძალა მიმართულია ამ სხეულების შემაერთებელი წრფის გასწვრივ. მსგავს ძალებს ცენტრული ძალები ეწოდება.

კითხვები გაქვთ?




ამოცანები:


1. რა ძალით ურთიერთქმედებს 3 სმ-ით დაშორებული 10 ნკ მუხტის მქონე ორი ნაწილაკი?


2. რამდენჯერ უნდა შევცვალოთ მანძილი მუხტებს შორის, რომ ერთ-ერთი მუხტის 4-ჯერ გადიდებისას ურთიერთქმედების ძალა იგივე დარჩეს?


3. 90 და 10 ნკ მუხტები დაშორებულია ერთმანეთიდან 4 სმ-ით. სად უნდა მოვათავსოთ მესამე მუხტი, რომ იგი წონასწორობაში იყოს?


4. რა შემთხვევაშია k-ს რიცხვობრივი მნიშვნელობა F-ის რიცხვობრივი მნიშვნელობის ტოლი?


5. რა მოხდება, სამყაროში დადებითად დამუხტული ყველა ნაწილაკი უეცრად უარყოფითად რომ დაიმუხტოს, ხოლო უარყოფითად დამუხტული ყველა ნაწილაკი-დადებითად? რა შეიცვლება ამით? დაასაბუთეთ თქვენი მოსაზრება.