クーロンの法則は、帯電したオブジェクト間の相互作用を支配する物理法則です。フランスの科学者シャルル・オーギュスタン・ド・クーロン（1736-1806）は、ねじり天秤を使った彼の実験結果のおかげで、それを発表しました。
1785年、クーロンは小さな帯電球で無数の実験を行いました。たとえば、2つの球を近づけたり離したりして、電荷の大きさや符号を変えました。各回答は常に注意深く観察し、記録してください。
図1.クーロンの法則を使用した点電荷間の相互作用を示すスキーム。
これらの小さな球体は、点電荷、つまり寸法が重要でないオブジェクトと見なすことができます。そして彼らは、古代ギリシャ人の時代から知られているように、同じ標識の反発と異なる標識のそれが引きつけるということを満たします。
図2.軍事技術者のチャールズクーロン（1736-1806）は、フランスで最も重要な物理学者と見なされています。出典：ウィキペディアコモンズ。
これを念頭に置いて、チャールズクーロンは次のことを発見しました。
-2点電荷間の引力または反発力は、電荷の大きさの積に正比例します。
-Said力は常に起訴に加わる線に沿って向けられます。
最後に、力の大きさは、電荷を分離する距離の2乗に反比例します。
クーロンの法則の公式と単位
これらの観察のおかげで、クーロンは、距離rで分離された2つの点電荷q 1とq 2の間の力Fの大きさは数学的に次のように与えられると結論付けました。
力はベクトルの大きさなので、完全に表現するには、単位ベクトルrが電荷を結ぶ線の方向に定義されます（単位ベクトルの大きさは1に等しくなります）。
さらに、前の式を等式に変換するために必要な比例定数は、k eまたは単にk：静電定数またはクーロン定数と呼ばれます。
最後に、クーロンの法則が次のように与えられたポイントチャージに対して確立されます。
力は、常に国際単位系と同様に、ニュートン（N）で表されます。料金については、ユニットはチャールズクーロンを記念してクーロン（C）と名付けられ、最後に距離rはメートル（m）で表示されます。
上記の式をよく見ると、結果としてニュートンを得るには、静電定数の単位がNm 2 / C 2でなければならないことがわかります。定数の値は実験的に次のように決定されました。
k個のE = 8.89×10 9 Nmで2 / C 2 ≈9×10 9 Nmで2 / C 2
図1は、2つの電荷間の相互作用を示しています。同じ兆候の場合は反発し、そうでない場合は引き付けます。
クーロンの法則はニュートンの第3法則または作用と反応の法則に準拠しているため、F 1とF 2の大きさは等しく、方向は同じですが、方向が逆であることに注意してください。
クーロンの法則を適用する方法
電荷間の相互作用の問題を解決するには、以下を考慮する必要があります。
-方程式は、点電荷、つまり帯電した物体の場合にのみ適用されますが、寸法は非常に小さいものです。読み込まれたオブジェクトが測定可能な寸法を持っている場合、それらを非常に小さな荷重に分割し、積分計算が必要なこれらの各荷重の寄与を追加する必要があります。
・電気力はベクトル量です。相互作用する電荷が3つ以上ある場合、電荷q iに対する正味の力は、重ね合わせの原理によって与えられます。
正味F = F i1 + F i2 + F i3 + F i4 +…= ∑ F ij
下付き文字jは1、2、3、4 …で、残りの各料金を表します。
-あなたは常に単位と一致している必要があります。最も一般的なのは、静電定数をSI単位で扱うことです。そのため、電荷がクーロンであり、距離がメートルであることを確認する必要があります。
-最後に、方程式は、電荷が静的平衡状態にあるときに適用されます。
解決された演習
-演習1
次の図では、2つのポイントチャージ+ qおよび+ 2qがあります。3番目の点の電荷-qがPに配置されます。他の電荷が存在するため、この電荷に対する電気力を見つけるように求められます。
図3.解決済みの演習の図1.出典：Giambattista、A。Physics。
解決
最初のことは、適切な参照システムを確立することです。この場合、これは水平軸またはx軸です。そのようなシステムの起点はどこにあってもかまいませんが、図4aに示すように、便宜上Pに配置されます。
図4.解決された演習のスキーム1.出典：Giambattista、A。Physics。
他の2つに引き寄せられることを考慮して、–qに作用する力の図も表示されます（図4b）。
F 1を電荷qが電荷-qに及ぼす力と呼びます。これらはx軸に沿って方向付けられ、負の方向を指します。
同様に、F 2は次のように計算されます。
注の大きさというF 2はその半分であるF 1は、電荷が二重ですが、。正味の力を見つけるために、最後にF 1およびF 2がベクトル的に追加されます。
-演習2
等しい質量m = 9.0 x 10 -8 kgの2つのポリスチレンボールは同じ正の電荷Qを持ち、長さL = 0.98 mの絹糸で吊り下げられています。球はd = 2 cmの距離だけ離れています。Qの値を計算します。
解決
ステートメントの状況を図5aに示します。
図5.運動の解決のためのスキーム2.出典：Giambattista、A。Physics / F. サパタ。
図5bに示すように、球体の1つを選択し、その上に、重量W、弦の張力T、および静電反発力Fの 3つの力を含む孤立したボディ図を描画します。そして今ステップ：
ステップ1
θ/ 2の値は、図5cの三角形で計算されます。
θ/ 2 = arcsen（1 x 10 -2 /0.98）=0.585º
ステップ2
次に、電荷が静的平衡状態にあるため、ニュートンの第2法則を適用し、それを0に設定する必要があります。張力Tは傾斜しており、次の2つの要素があることに注意してください。
∑F x = -T。sinθ + F = 0
∑F y = T.cosθ-W = 0
ステップ3
最後の方程式から応力の大きさを解決します。
T = W / cosθ= mg / cosθ
ステップ4
この値を最初の方程式に代入して、Fの大きさを求めます。
F = T sinθ= mg（sinθ/ cosθ）= mg。tgθ
手順5
F = k Q 2 / d 2なので、Qを解きます。
Q = 2×10 -11C。
実験
クーロンの法則のチェックは、彼の研究室で使用されているクーロンと同様のねじり天びんを使用すると簡単です。
2つの小さなニワトコの球体があり、そのうちの1つはスケールの中央にあり、糸でつるされています。実験は、放電したニワトコの球を、Q電荷を帯びた別の金属球に接触させることで構成されています。
図6.クーロンのねじれバランス。
すぐに電荷は2つのニワトコの球の間で均等に分配されますが、それらは同じ記号の電荷であるため、互いに反発します。吊り下げられた球体に力が作用し、吊り下げられている糸のねじれを引き起こし、固定された球体からすぐに離れます。
次に、平衡に達するまで数回振動することがわかります。次に、それを保持するロッドまたはスレッドのねじれは、静電反発力によってバランスがとられます。
もともと球が0度だった場合、移動する球は角度θだけ回転します。スケールを取り囲んで、この角度を測定するために度で目盛りが付けられたテープがあります。ねじれ定数を事前に決定することにより、エルダーベリー球が取得する反発力と電荷の値を簡単に計算できます。
参考文献
- Figueroa、D。2005。シリーズ：科学と工学のための物理学。ボリューム5.静電気。ダグラスフィゲロア（USB）によって編集されました。
- Giambattista、A。2010。物理学。第2版。マグローヒル。
- Giancoli、D。2006。物理学：アプリケーションの原則。6日。エドプレンティスホール。
- Resnick、R。1999。物理学。第2巻。第3版。スペイン語。CompañíaEditorial Continental SA de CV
- シアーズ、ゼマンスキー。2016.現代物理学を備えた大学物理学。14日。Ed。Volume 2。