جدول المحتويات
قانون كولوم: شرح مبسّط
يُحدد قانون كولوم القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين نقطيتين. وتُعطى هذه القوة بالعلاقة الرياضية التالية: [1]
القوة = (أ × ش1 × ش2) / ف2
حيث:
- أ: ثابت كولوم، يساوي 8.99 × 109 نيوتن.م2/كولوم2.
- ش1، ش2: مقدار كل من الشحنتين بوحدة الكولوم.
- ف: المسافة بين مركزي الشحنتين بوحدة المتر.
من المهم ملاحظة أن القوة الكهربائية كمية متجهة، أي لها مقدار واتجاه. إذا تأثرت شحنة بعدة شحنات، فإن القوة الكلية المحصلة هي مجموع القوى المتجهة. تجذب الشحنات المختلفة بعضها البعض، بينما تتنافر الشحنات المتشابهة.
مثال تطبيقي: حساب قوة التجاذب
السؤال: نضع شحنتين، الأولى مقدارها +3 × 10-9 كولوم والثانية -5 × 10-9 كولوم، على بعد 2 متر. ما مقدار القوة الكهربائية بينهما؟ وما نوعها؟ [2]
الحل:
- المعطيات: ش1 = +3 × 10-9 كولوم، ش2 = -5 × 10-9 كولوم، ف = 2 متر، أ = 8.99 × 109 نيوتن.م2/كولوم2.
- التطبيق: نعوض في قانون كولوم:
- القوة = (8.99 × 109 × 3 × 10-9 × -5 × 10-9) / 22 = -3.37 × 10-8 نيوتن.
- النتيجة: مقدار القوة الكهربائية هو 3.37 × 10-8 نيوتن، ونوعها تجاذب لأن الشحنتين مختلفتان في الإشارة.
مثال تطبيقي: حساب قوة التنافر
السؤال: شحنتان، مقدار كل منهما +6 نانو كولوم، و+1 نانو كولوم، تفصل بينهما مسافة 2 ميليمتر. ما مقدار القوة الكهربائية بينهما؟ [2]
الحل:
- تحويل الوحدات: نُحوّل النانو كولوم إلى كولوم والميليمتر إلى متر. ش1 = 6 × 10-9 كولوم، ش2 = 1 × 10-9 كولوم، ف = 2 × 10-3 متر.
- التطبيق: نعوض في قانون كولوم:
- القوة = (8.99 × 109 × 6 × 10-9 × 1 × 10-9) / (2 × 10-3)2 = 1.35 × 10-2 نيوتن
- النتيجة: مقدار القوة الكهربائية هو 1.35 × 10-2 نيوتن، ونوعها تنافر لأن الشحنتين متشابهتان في الإشارة.
مثال تطبيقي: قوة التجاذب بين شحنتين كبيرتين
السؤال: شحنتان مقدارهما +1 كولوم و -3 كولوم، والمسافة بينهما 3 متر. ما مقدار قوة التجاذب الكهربائية بينهما؟ [3]
الحل:
- المعطيات: ش1 = +1 كولوم، ش2 = -3 كولوم، ف = 3 متر.
- التطبيق: نعوض في قانون كولوم:
- القوة = (8.99 × 109 × 1 × -3) / 32 = -2.997 × 109 نيوتن
- النتيجة: مقدار القوة الكهربائية هو 2.997 × 109 نيوتن، ونوعها تجاذب.
