Закон Кулона для электрических зарядов.
Этот закон был установлен французским ученым Кулоном в 1785 г. и определяет силу взаимодействия двух точечных покоящихся электрических зарядов находящихся на некотором расстоянии друг от друга в точках соответственно. Тогда сила, действующая на первый заряд со стороны второго, равна
где
Здесь и в дальнейшем при изложении законов электродинамики мы используем абсолютную систему единиц Гаусса (СГС). В основу этой системы положены механические единицы
(сантиметр, грамм и секунда), а единичный заряд определяется из закона Кулона, записываемого в форме (1.3).
Интересно отметить, что Кулон установил этот закон довольно непосредственно измеряя силу взаимодействия двух зарядов с помощью крутильных весов. Однако еще в 1771 г., т. е. за 14 лет до Кулона, английский физик Кавендиш с помощью необычайно простого опыта сумел вывести закон с гораздо большей точностью, но результат свой не опубликовал. Сейчас опыт Кавендиша известен каждому школьнику, однако не все догадываются, что из него непосредственно следует закон Кулона.
Кавендиш взял металлический шар и две плотно облегающие его металлические полусферы с ручками из изолятора (рис. 1.2). Зарядив шар, он обжал его полусферами, а затем разнес их. Заряд шара, измеренный после этого, оказался равным нулю. Отсюда Кавендиш и сделал вывод, что между двумя точечными зарядами должна действовать сила вида
Рис. 1.2
Задача 1.2. (см. скан)
Закон Кулона позволяет ввести понятие электрического поля, задаваемого напряженностью т. е. силой, действующей на единичный положительный заряд. В частности, всякий неподвижный точечный заряд окружен электрическим полем с напряженностью
Опыт показывает, что напряженности электрического поля от нескольких неподвижных зарядов складываются как обычные векторы. Это означает, что для электрических сил справедлив четвертый закон механики, или принцип независимости действия сил. Обычно это положение формулируется в виде гипотезы о линейности взаимодействия, больше известной как принцип суперпозиции.
Задача 1.3. (см. скан)