Witajcie studenci! Dzisiaj zajmiemy się prawem Coulomba. To bardzo ważny temat w fizyce. Pomoże nam zrozumieć oddziaływania elektrostatyczne. Zajmiemy się też rozwiązywaniem zadań.
Co to jest prawo Coulomba?
Prawo Coulomba opisuje siłę elektrostatyczną. Ta siła działa między dwoma naładowanymi obiektami. Siła elektrostatyczna może być przyciągająca lub odpychająca. Zależy to od znaku ładunków.
Obiekty o przeciwnych ładunkach przyciągają się. Na przykład, ładunek dodatni i ujemny. Obiekty o tych samych ładunkach odpychają się. Czyli, dwa ładunki dodatnie lub dwa ujemne będą się odpychać.
Prawo Coulomba mówi, że siła jest wprost proporcjonalna do iloczynu ładunków. Oznacza to, że im większe są ładunki, tym większa jest siła. Siła jest również odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ładunkami. Zatem, im większa odległość, tym mniejsza siła.
Wzór na prawo Coulomba
Wzór na prawo Coulomba wygląda następująco:
F = k * |q1 * q2| / r2
Gdzie:
- F to siła elektrostatyczna. Mierzona w Newtonach (N).
- k to stała elektrostatyczna. Jej wartość to około 8.98755 × 109 N⋅m2/C2. Czasami zaokrągla się ją do 9 × 109 N⋅m2/C2.
- q1 i q2 to wartości ładunków. Mierzone w kulombach (C).
- r to odległość między ładunkami. Mierzona w metrach (m).
- |q1 * q2| to wartość bezwzględna iloczynu ładunków. Zapewnia, że bierzemy pod uwagę tylko wartość, a nie znak.
Warto pamiętać o jednostkach! Używanie właściwych jednostek jest bardzo ważne. Upewnijcie się, że wszystko jest w metrach, kulombach i Newtonach.
Przykłady z życia codziennego
Prawo Coulomba działa wokół nas cały czas. Na przykład, kiedy czeszesz włosy plastikowym grzebieniem. Grzebień elektryzuje się. Następnie przyciąga włosy. To jest właśnie działanie siły elektrostatycznej.
Innym przykładem jest elektrostatyczne przyleganie folii spożywczej. Folia naładowuje się. Potem przylega do miski. To również wynika z prawa Coulomba.
Rozwiązywanie zadań z prawa Coulomba
Teraz przejdźmy do praktyki. Rozwiążemy kilka zadań. Dzięki temu lepiej zrozumiecie, jak stosować prawo Coulomba.
Zadanie 1
Dwa ładunki punktowe, q1 = +3 μC i q2 = -4 μC, znajdują się w odległości 2 cm od siebie. Oblicz siłę elektrostatyczną między nimi.
Najpierw wypisujemy dane:
- q1 = +3 μC = +3 × 10-6 C
- q2 = -4 μC = -4 × 10-6 C
- r = 2 cm = 0.02 m
- k = 9 × 109 N⋅m2/C2
Teraz podstawiamy do wzoru:
F = k * |q1 * q2| / r2
F = (9 × 109 N⋅m2/C2) * |(3 × 10-6 C) * (-4 × 10-6 C)| / (0.02 m)2
F = (9 × 109 N⋅m2/C2) * (12 × 10-12 C2) / (0.0004 m2)
F = (108 × 10-3 N⋅m2) / (0.0004 m2)
F = 270 N
Siła wynosi 270 N. Jest to siła przyciągająca, ponieważ ładunki mają przeciwne znaki.
Zadanie 2
Dwa jednakowe ładunki znajdują się w odległości 5 cm od siebie. Siła odpychania między nimi wynosi 0.09 N. Oblicz wartość każdego z ładunków.
Zaczynamy od wypisania danych:
- F = 0.09 N
- r = 5 cm = 0.05 m
- k = 9 × 109 N⋅m2/C2
- q1 = q2 = q (ponieważ ładunki są jednakowe)
Podstawiamy do wzoru:
F = k * |q1 * q2| / r2
0.09 N = (9 × 109 N⋅m2/C2) * q2 / (0.05 m)2
0.09 N = (9 × 109 N⋅m2/C2) * q2 / (0.0025 m2)
Teraz przekształcamy wzór, aby wyliczyć q2:
q2 = (0.09 N * 0.0025 m2) / (9 × 109 N⋅m2/C2)
q2 = 0.000225 N⋅m2 / (9 × 109 N⋅m2/C2)
q2 = 2.5 × 10-14 C2
Teraz wyciągamy pierwiastek kwadratowy, aby obliczyć q:
q = √(2.5 × 10-14 C2)
q = 5 × 10-7 C = 0.5 μC
Wartość każdego z ładunków wynosi 0.5 μC.
Wskazówki do rozwiązywania zadań
Czytaj uważnie treść zadania. Upewnij się, że rozumiesz, co jest dane. Sprawdź, o co pytają.
Zapisuj wszystkie dane. Zapisz też jednostki. Zmień jednostki, jeśli trzeba. Używaj tylko jednostek podstawowych (metry, kulomby, sekundy).
Podstawiaj dane do wzoru. Rób to ostrożnie. Upewnij się, że wszystko jest poprawne.
Obliczaj krok po kroku. Nie pomijaj żadnych kroków. To zmniejsza szansę na błąd.
Sprawdź wynik. Czy wynik ma sens? Czy jednostki się zgadzają?
Podsumowanie
Prawo Coulomba to bardzo ważny temat w fizyce. Opisuje siłę elektrostatyczną. Siła ta działa między naładowanymi obiektami. Pamiętajcie o wzorze: F = k * |q1 * q2| / r2. Używajcie właściwych jednostek. Czytajcie uważnie treść zadań. Ćwiczcie rozwiązywanie zadań. Powodzenia!
