Τι είναι ο νόμος του Κουλόμπ;

Ο νόμος του Coulomb στη φυσική περιγράφει την αλληλεπίδραση δύο φορτισμένων σωματιδίων. Δηλώνει ότι η δύναμη μεταξύ των σωματιδίων εξαρτάται από το μέγεθος των επιμέρους φορτίων και το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Υπάρχουν δύο μορφές νόμου, γνωστές ως βαθμωτές και διανυσματικές μορφές, ανάλογα με το αν απαιτείται μόνο το μέγεθος της δύναμης ή και το μέγεθος και η κατεύθυνση της δύναμης.

Ο νόμος του Κουλόμπ είναι μια από τις πιο διάσημες εξισώσεις στην ηλεκτροστατική, η οποία είναι η μελέτη του πώς τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ανακαλύφθηκε αρχικά από τον Charles Augustin de Coulomb, έναν Γάλλο επιστήμονα, το 1783. Χωρίς αυτήν την ανακάλυψη, η επιστημονική κατανόηση των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων θα ήταν πολύ πιο δύσκολη.

Η βασική μορφή του νόμου του Κουλόμπ, στα λόγια, δηλώνει ότι η δύναμη μεταξύ δύο σωματιδίων με ηλεκτρικό φορτίο είναι ανάλογη του πολλαπλασιασμού των δύο φορτίων διαιρούμενο με το τετράγωνο της απόστασης. Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια με μεγαλύτερο φορτίο ασκούν μεγαλύτερη δύναμη το ένα στο άλλο από εκείνα με ασθενέστερο φορτίο. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, για να βρεθεί η απόλυτη τιμή της δύναμης μεταξύ των σωματιδίων, απαιτείται μια σταθερά γνωστή ως «σταθερά του Κουλόμπ».

Στο νόμο του Coulomb, η δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης και όχι απλώς την ίδια την απόσταση. Εάν μια ποσότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με μια άλλη, τότε σημαίνει ότι το μέγεθος της μιας μειώνεται όσο αυξάνεται η άλλη. Αυτό σημαίνει ότι, εάν η απόσταση μεταξύ δύο σωματιδίων διπλασιαστεί, η δύναμη μεταξύ τους είναι τέσσερις φορές μικρότερη παρά μόνο δύο φορές. Ο λόγος είναι ότι το ηλεκτρικό πεδίο από ένα σωματίδιο απλώνεται σε σχήμα σφαίρας, πράγμα που σημαίνει ότι όσο πιο μακριά από το σωματίδιο, τόσο πιο αραιωμένη είναι η δύναμη.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη στο νόμο του Coulomb είναι ότι εάν χρησιμοποιείται στη διανυσματική του μορφή, που σημαίνει ότι περιλαμβάνονται και το μέγεθος της δύναμης και η κατεύθυνση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο με θετικά όσο και με αρνητικά σωματίδια. Το αποτέλεσμα είναι ότι δύο φορτία του ίδιου τύπου απωθούνται μεταξύ τους, ενώ αυτά του αντίθετου τύπου ελκύονται. Οι φυσικοί συνήθως χρησιμοποιούν τη διανυσματική μορφή του νόμου του Κουλόμπ στους υπολογισμούς, επειδή παρέχει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη δύναμη σε κάθε σωματίδιο.

Μια χρήσιμη πτυχή του νόμου του Coulomb είναι ότι μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί σε περισσότερα από δύο σωματίδια. Αυτό είναι γνωστό ως ο νόμος της υπέρθεσης, ο οποίος δηλώνει ότι η συνολική δύναμη σε οποιοδήποτε σωματίδιο είναι το άθροισμα των επιμέρους δυνάμεων. Για να προσθέσουμε δυνάμεις με αυτόν τον τρόπο απαιτείται η διανυσματική μορφή του νόμου του Coulomb.