الصيغة الأساسية لقانون كولوم

يمثل قانون كولوم القوة الكهربائية التي تؤثر بها شحنة معينة (ش1) على شحنة أخرى (ش2)، ويُعبر عنه بالمعادلة التالية:

القوة = (أ × ش1 × ش2) / ف²، حيث أن:

• أ: تساوي 8.99 × 10^9 نيوتن.م²/كولوم².
• ف: تمثل المسافة بين الشحنات.

من الجدير بالذكر أن القوة تعتبر من الكميات المتجهة، وعندما تؤثر عدة شحنات على شحنة معينة، فإن القوة الكلية تُحسب كناتج الجمع الاتجاهي (vector sum) للقوى المنفردة. كما ينبغي الإشارة إلى أن الشحنات المختلفة تتجاذب، في حين أن الشحنات المتشابهة تتنافر.

أمثلة على قانون كولوم

المثال الأول

السؤال: تم وضع شحنتين، مقدار كل منهما +3×10^-9 كولوم و-5×10^-9 كولوم، وتفصل بينهما مسافة 2 متر. ما مقدار القوة الكهربائية بين الشحنتين وما نوعها؟

الحل:

• تحديد المطلوب: نحن بحاجة لحساب مقدار القوة الكهربائية بين الشحنتين، مع العلم بقيم الشحنات والمسافة بينهما.
• تحديد طريقة الحل: سيتم استخدام قانون كولوم لحساب مقدار القوة الكهربائية.
• المعطيات: ش1 = +3×10^-9 كولوم، ش2 = -5×10^-9 كولوم، ف = 2 متر، وأ = 9×10^9 نيوتن.م²/كولوم².
• التحقق من الوحدات: جميع الوحدات مستخدمة وفق النظام الدولي (SI).
• حساب مقدار القوة: من خلال تطبيق قانون كولوم، تصبح القوة = (9×10^9) × (3×10^-9) × (5×10^-9) / (2²) = 3.37×10^-8 نيوتن. لأن الشحنات مختلفة، فإن نوع القوة الكهربائية هو “تجاذب”.

المثال الثاني

السؤال: لدينا شحنتان مقدار كل منهما +6 نانو كولوم و+1 نانو كولوم، والمسافة بينهما هي 2 ميليمتر. ما مقدار القوة الكهربائية (electrostatic force) بينهما؟

الحل:
قوة = أ × ش1 × ش2 / ف²
= (9×10^9) × (6×10^-9) × (1×10^-9) / (2×10^-3)²
= 1.35×10^-2 نيوتن.
وبما أن الشحنات متشابهة، فإن نوع القوة الكهربائية هو “تنافر”.

المثال الثالث

السؤال: لدينا شحنتان مقدار كل منهما +1 كولوم و-3 كولوم، والمسافة بينهما 3 متر. ما مقدار قوة التجاذب الكهربائية بينهما؟

• الحل:
• المعطيات: ش1 = +1 كولوم، ش2 = -3 كولوم، ف = 3 متر.
• باستخدام قانون كولوم، نجد أن القوة تعادل: 9 × 10^9 × 1 × 3 / 3².
• وبالتالي، فإن القوة الكهربائية تساوي 3 × 10^-9 نيوتن.