1.3 Coulombin laki


Koe 1. Varaamme kaksi langan varassa roikkuvaa palloa, joiden massat ovat 1 g, yhtä suurilla varauksilla. Voimme muuttaa pallojen varauksia tai (ripustuskohtien) etäisyyksiä.
Säädä vasemmalla liukunauhalla varausten suuruutta.Totea, miten tämä vaikuttaa sähköisen voiman suuruuteen.
Säädä oikealla liukunauhalla pallojen alkuperäistä välimatkaa. Miten tämä vaikuttaa sähköisen voiman suuruuteen?

Siis
- varausten kasvaessa voimavaikutus kasvaa
- välimatkan kasvaessa voimavaikutus pienenee

Tarkasti ottaen kahden pistemäisen tai pallosymmetrisen varatun hiukkasen välillä vaikuttaa voima

missä kerroin

ja Q1 ja Q2 ovat varausten itseisarvoja. Edellä olevassa kaava pätee, jos väliainetta ei ole tai se on ilma. Jos varaukset ovat eristeessä, on F pienempi :

missä er on väliaineen suhteellinen permittiivisyys. Esimerkiksi lasille er = 7, joten F on lasissa seitsemäsosa vastaavasta F:n arvosta ilmassa

Huomaa, että voiman ja vastavoiman lain perusteella molempiin varauksiin Q1 ja Q2 kohdistuu yhtä suuri mutta vastakkaissuuntainen voima F.

Kahden varauksen välinen voimavaikutus ei riipu muiden varausten läsnäolosta. Täten saamme kokonaisvoiman laskemalla erikseen kunkin varauksen aiheuttamat voimat ja laskemalla sitten niiden (vektori)summan.

Esim. 1 Alla on kaksi yhtäsuurta positiivista varausta ja kolmas liikuteltava positiivinen varaus, johon vaikuttavia sähköisiä voimia tutkimme. Vedä varausta ja tarkkaile resultantin eli kokonaisvoiman (oranssi voimavektori) muodostumista

Etsi vastaukset kysymyksiin:
1) Missä pisteissä kokonaisvoima = 0?
2) Millainen kokonaisvoima on pisteissä, jotka ovat yhtä kaukana kummastakin kiinteästä varauksesta?

Siis kiinteiden varausten puolivälissä kokonaisvoima = 0 .
Niissä pisteissä, jotka ovat yhtä kaukana kiinteistä varauksista, kokonaisvoima on pystysuora.

Esim. 2 Origossa on 2 µC testivaraus, pisteessä ( 1,0 ) 6 µC ja pisteessä ( 0,1 )
- 4 µC varaukset. Määritä testivaraukseen vaikuttava voima.

Mieti aluksi origossa olevaan varaukseen vaikuttavien voimien suunta. Tarkista "näytä voimat"- painikkeesta. Pohdi sitten resultantin suuntaa ja tarkista vastaavasta painikkesta.

Mieti vielä, kuinka lasket vaikuttavat voimat. Tarkista painikkeista.


Laske lopuksi resultanttivoiman suuruus. Oikean vastauksenhan näet kuvasta.

Esim. 3 Pisteessä ( 1,0 ) on 6µC ja pisteessä ( 0,5 , 0,5 )
-3 µC varaus. Kuinka suuri voima vaikuttaa origossa olevaan 2 µC testivaraukseen?

Voit siirtää varausta Q1 (kuten muitakin varauksia) vetämällä.
Tarkasti pisteeseen ( 0,5 ,0,5) saat sen syöttämällä koordinaatit oikean ylänurkan tekstilaatikoihin ja painamalla "siirrä Q1" -painiketta.

Tutki, miten voimien suuruudet lasketaan. Voit myös vaihtaa varauksien Q1 ja Q2 suuruutta kirjoittamalla niille uudet arvot ja painamalla "päivitä varaukset"-painiketta