نظرة عامة حول قانون كولوم
يتعلق قانون كولوم (بالإنجليزية: Coulomb’s Law) بالقوة المتبادلة (قوة جذب/تنافر) بين شحنتين نقطيتين، وهي الأجسام المشحونة الصغيرة جداً عند مقارنتها بالمسافة الخطية الفاصلة بينها، وبشكل عام تم التوصل إلى هذا القانون عام 1784م عندما قاس الفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستين دي كولوم القوة بين شحنتين نقطتين، وتوصل إلى نظرية مفادها أنّ "القوة المتبادلة بين شحنتين تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينهما، وطرديًا مع حاصل ضرب قيمة الشحنتين ببعضهما"، عُرفت فيما بعد بقانون كولوم.[١]
يتم التعبير عن قانون كولوم رياضياً على الشكل الآتي:[١]
- القوة المتبادلة بين شحنتين = ثابت×(الشحنة الأولى×الشحنة الثانية)/مربع المسافة بينهما.
حيث يساوي الثابت 9×10^9 (نيوتن×متر^2)/ كولوم^2، ووفقاً لهذا القانون، فإن الشحنات المتشابه تتجاذب، أما الشحنات المختلفة فتتنافر.[١]
يجدر بالذكر هنا أن قانون كولوم يتوافق مع قانون نيوتن الثالث، وهو قانون يعتمد على الاتجاهات (متجهي)، أي يجب تحديد اتجاه القوة فيه، التي تكون عادة على امتداد الخط الواصل بين القوتين.[٢]
أمثلة على قانون كولوم
إذا كانت هناك شحنتان قيمة الأولى 1 كولوم، وقيمة الثانية -3 كولوم، والمسافة بينهما 3م، جد قوة التجاذب بينهما.[١]
بتطبيق قانون كولوم ينتج أن: القوة المتبادلة بين الشحنتين = ثابت×(الشحنة الأولى×الشحنة الثانية)/مربع المسافة بينهما = (9×10^9×1×3)/3×3 = 3×10^9 نيوتن.
إذا كانت هناك شحنتان قيمة الأولى 1 كولوم، وقيمة الثانية 1 كولوم، والمسافة بينهما 1م، جد القوة المتبادلة بينهما.[٣]
بتطبيق قانون كولوم ينتج أن: القوة المتبادلة بين الشحنتين = ثابت×(الشحنة الأولى×الشحنة الثانية)/مربع المسافة بينهما = (9×10^9×1×1)/1×1 = 9×10^9 نيوتن، وهي قوة تنافر لأن الشحنتين متشابهات.
إذا كانت هناك ثلاث شحنات قيمة كل منها 100 ميكرو كولوم، وتقع كل منهما على أحد رؤس مثلث متساوي الأضلاع طول ضلعه 4 متر، فإذا كانت الشحنتان (A, C) موجبتان، والشحنة B سالبة، جد قيمة واتجاه القوة المحصلة المؤثرة على الشحنة C.[٤]
تمثيل السؤال ورسمه لتسهيل عملية حله كما في الصورة أدناه.
- تطبيق قانون كولوم لحساب القوة المتبادلة بين الشحنتين (A,C) أولاً، كما يلي: القوة المتبادلة بين الشحنتين (A,C) = ثابت×(الشحنة الأولى×الشحنة الثانية)/مربع المسافة بينهما = (9×10^9)×(100×10^6-)×(100×10^6-)/4×4 = 5.625 نيوتن، وهي قوة تنافر.
- تطبيق قانون كولوم لحساب القوة المتبادلة بين الشحنتين (B,C) أولاً، كما يلي: القوة المتبادلة بين الشحنتين (B,C) = ثابت×(الشحنة الأولى×الشحنة الثانية)/مربع المسافة بينهما = (9×10^9)×(100×10^6-)×(100×10^6-)/4×4 = 5.625 نيوتن، وهي قوة تجاذب.
- الزاوية بين القوتين السابقتين هي 120 درجة، وعليه القوة المحصلة المؤثرة على الشحنة C = (مربع القوة المتبادلة بين الشحنتين (A,C)+(مربع القوة المتبادلة بين الشحنتين (B,C)+(2×القوة المتبادلة بين الشحنتين (A,C)×القوة المتبادلة بين الشحنتين (B,C)×جتا (الزاوية المحصورة بينهما))√ = ((5.625×5.625) + (5.625×5.625) + (2×5.625×5.625×جتا (120)) √ = 5.625 نيوتن وهي موازية لضلع المثلث AB.
المراجع
- ^ أ ب ت ث "Coulomb’s Law", www.toppr.com, Retrieved 28-6-2021. Edited.
- ↑ "Coulomb's Law", hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, Retrieved 28-6-2021. Edited.
- ↑ "Coulomb's Law", www.physicsclassroom.com, Retrieved 28-6-2021. Edited.
- ↑ "Coulomb's Law", byjus.com, Retrieved 28-6-2021. Edited.
