كل ما تحتاج معرفته عن قانون كولوم: أسئلة شائعة وإجابات مفيدة

الصيغة العامة لقانون كولوم

يُعبّر قانون كولوم عن القوة الكهربائية التي تؤثر بها إحدى الشحنات (ش₁) على الأخرى (ش₂)، وتُعطى بالعلاقة الآتية:¹

القوة=(أ×ش₁×ش₂)/ف²، حيث إنّ:¹

• أ: تساوي 8.99×10⁹ نيوتن.م²/كولوم².
• ف: هي المسافة بين الشُحنات.

ملاحظة: القوة من الكميات المُتجهة، لذلك عندما تؤثر أكثر من شحنة على شحنة الأخرى، فإن القوة الكلية تُساوي حاصل الجمع الاتجاهي (vector sum) للقوى منفردة، كما تجدر الإشارة إلى أن الشحنات المختلفة تتجاذب، والمتشابهة تتنافر.

مسائل على قانون كولوم

المثال الأول

سؤال: وُضعت شحنتان مقدار كل منهما +3×10^-9، -5×10^-9، وتفصل بينهما مسافة 2 متر، ما مقدار القوة الكهربائية بين الشحنتين، وما نوعها؟²

الحل:

• تحديد المطلوب: المطلوب هو مقدار القوة الكهربائية بين شحنتين، وقد تم إعطاء قيمة الشحنتين، والمسافة بينهما.
• تحديد طريقة حل المشكلة: وذلك باستخدام قانون كولوم لحساب مقدار القوة الكهربائية؛ وهو القوة=(أ×ش₁×ش₂)/ف².
• تحديد المعطيات:
  ش₁=+3×10^-9 كولوم.
  ش₂=-5×10^-9 كولوم.
  ف=2 متر.
  ومن المعروف أن أ=9×⁹10 نيوتن.م².كولوم^-2.
• التحقق من الوحدات: جميع الوحدات بالنظام العالمي للوحدات (SI).
• حساب مقدار القوة: وذلك بتطبيق قانون كولوم، وبالتالي فإن القوة تساوي:
  (9×⁹10)×(3×10^-9)×(5×10^-9)/2².
  =3.37×10^-8 نيوتن.
  وبما أن الشحنات مختلفة فإن نوع القوة الكهربائية سيكون “تجاذب”.

المثال الثاني

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

الحل: ق=أ×ش₁×ش₂/ف²
=(9×⁹10)×(6×^9-10)×(1×10^-9)/(2×10^-3)²
=1.35×10^-2 نيوتن.
ويكون نوع القوة الكهربائية “تنافر”، وذلك لأن الشحنات متشابهة.

المثال الثالث

سؤال: 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
• بتعويض قانون كولوم فإن القوة تساوي:
  9 ×10⁹×1× 3/ 3².
• وبالتالي فإن القوة الكهربائية تساوي 3×⁹10 نيوتن.