§ 17. Узаемадзеянне пунктавых зарадаў. Закон Кулона
Узаемадзеянне сістэмы пунктавых зарадаў. Эксперыментальным шляхам вызначылі, што сілы ўзаемадзеяння двух пунктавых зарадаў не змяняюцца пры з’яўленні трэцяга пунктавага зараду або любой колькасці пунктавых зарадаў. У гэтым выпадку сілы ўздзеяння ,
, ...,
кожнага з зарадаў q2, q3, …, qn на зарад q1 вызначаюць па законе Кулона. Рэзультуючая сіла з’яўляецца вектарнай сумай сіл, якімі кожны з гэтых зарадаў паасобку ўздзейнічае на зарад q1 (прынцып суперпазіцыі).
Выкарыстоўваючы прынцып суперпазіцыі і закон Кулона, можна апісаць электрастатычнае ўзаемадзеянне любой сістэмы пунктавых зарадаў. На малюнку 100 паказаны тры пунктавыя электрычныя зарады, якія ўзаемадзейнічаюць паміж сабой: q1 > 0, q2 < 0, q3 < 0. Рэзультуючай сіл, якія дзейнічаюць на зарад q1 з боку зарадаў q2 і q3, з’яўляецца сіла , роўная вектарнай суме сіл
і
:
. Сілы
и
уздзеяння зарадаў q2 і q3 на зарад q1 вызначаюць паводле закона Кулона.
Пунктавыя зарады q1, q2 і q3 замацаваны ў вяршынях трохвугольніка. Напрамак рэзультуючай электрастатычнай сілы, якая дзейнічае на адмоўны зарад q3 з боку зарадаў q1 і q2, паказаны на малюнку 101. Якія знакі маюць зарады q1 і q2? У колькі разоў адрозніваюцца модулі зарадаў q1 і q2?
Цікава ведаць
Паняцце электрычнага зараду ў пэўнай ступені нагадвае паняцце гравітацыйнай масы. Электрычны зарад вызначае інтэнсіўнасць электрамагнітных узаемадзеянняў, а масса — гравітацыйных. Закон Кулона, які апісвае электрастатычнае ўзаемадзеянне, фармальна падобны на закон сусветнага прыцягнення Ньютана, які вызначае сілы гравітацыйнага ўзаемадзеяння:
У абодвух выпадках модуль сіл узаемадзеяння:
– адваротна прапарцыянальны квадрату адлегласці паміж матэрыяльнымі пунктамі;
– прама прапарцыянальны велічыням, якія характарызуюць тыя ўласцівасці цел (матэрыяльных пунктаў), якія вызначаюць узаемадзеянні, — масам у адным выпадку і электрычным зарадам — у другім.
Для вымярэння сіл электрычнага адштурхвання (Ш. Кулон, 1785) і гравітацыйнай пастаяннай (Г. Кавендыш, 1788 г.) вучоныя выкарыстоўвалі падобныя па будове эксперыментальныя прылады.
Аднак паміж сіламі гравітацыйнага і электрастатычнага ўзаемадзеянняў ёсць істотнае адрозненне. Ньютанаўскія сілы прыцягнення — гэта заўсёды сілы прыцяжэння. Кулонаўскія ж сілы ўзаемадзеяння зарадаў могуць быць як сіламі прыцяжэння (паміж рознаіменнымі зарадамі), так і сіламі адштурхвання (паміж аднайменнымі зарадамі).
Вядома, што маса электрона mе = 9,1 · 10–31 кг. У колькі разоў модуль сіл электрычнага адштурхвання паміж двума электронамі большы, чым модуль сіл іх гравітацыйнага прыцяжэння?