§ 29. Закон Кулона. Электрическое поле

Вы уже замечали, что наэлектризованные предметы способны притягиваться или отталкиваться. Сила такого влияния меняется в зависимости от обстоятельств. Чтобы понять, какие факторы определяют интенсивность взаимодействия, проведём простое наблюдение. Возьмём лёгкую металлическую гильзу, подвесим её на тонкую нить и зарядим положительно. Теперь поднесём к ней палочку с отрицательным зарядом. Приближая палочку, мы заметим, что гильза начинает сильнее притягиваться. Это доказывает зависимость силы от расстояния. Кроме того, опыт показывает влияние величины заряда, формы и габаритов объектов. Для проверки зависимости от заряда можно взять две одинаковые гильзы и зарядить одну сильнее другой. Наблюдение покажет, что более заряженный объект притягивается мощнее. Чем больше заряд и меньше дистанция, тем заметнее результат.

Для удобства расчётов учёные ввели понятие точечного заряда. Так называют объект, размеры которого ничтожно малы относительно расстояний до других тел. Это идеализированная модель, позволяющая описывать реальные ситуации приближённо. Если реальные предметы достаточно компактны по сравнению с дистанцией между ними, их можно считать точечными. В 1785 году Кулон, изучая взаимодействие маленьких заряженных шариков, сформулировал закон силы между двумя неподвижными точечными зарядами в вакууме. Модуль взаимодействия возрастает при увеличении величины обоих зарядов и падает по обратному квадратическому закону при удалении объектов друг от друга. Математически это записывается так: F = k·|q₁|·|q₂|/r², где F — сила взаимодействия (Н), q₁ и q₂ — модули зарядов (Кл), r — расстояние между зарядами (м), k — постоянный коэффициент. Оба заряда тянут или отталкивают партнёра одинаково сильно: обе силы лежат на прямой, проходящей через заряды, совпадают по модулю и смотрят в разные стороны, то есть F₁ = F₂ = F (рис.