أسئلة متعلقة بقانون كولوم الكهربائي

الصيغة الأساسية لقانون كولوم

يعبر قانون كولوم عن القوة الكهربائية الناتجة عن تأثير شحنة كهربائية (ش1) على شحنة أخرى (ش2)، ويتم تحديد هذه القوة بالمعادلة التالية:

القوة = (أ × ش1 × ش2) / ف²، حيث إن:

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

تجدر الإشارة إلى أن القوة هي كمية متجهة، وعندما تؤثر عدة شحنات على شحنة واحدة، فإن القوة الإجمالية تُحسب من خلال الجمع الاتجاهي (vector sum) للقوى الفردية. كما يجب ملاحظة أن الشحنات المختلفة تتجاذب، بينما الشحنات المتشابهة تتنافر.

تمارين على قانون كولوم

المثال الأول

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

الحل:

تحديد المطلوب: نبحث عن مقدار القوة الكهربائية بين الشحنتين، مع العلم بقيمة كل منهما وبالمسافة بينهما.
تحديد طريقة الحل: سنستخدم قانون كولوم لحساب مقدار القوة الكهربائية.
تحديد المعطيات: ش1 = +3 × 10^-9 كولوم، ش2 = -5 × 10^-9 كولوم، ف = 2 متر، وأيضاً أ = 9 × 10^9 نيوتن.م² / كولوم².
التحقق من الوحدات: جميع الوحدات متوافقة مع النظام الدولي (SI).
حساب مقدار القوة: بتطبيق قانون كولوم، نحصل على: القوة = (9 × 10^9) × (3 × 10^-9) × (5 × 10^-9) / (2²) = 3.37 × 10^-8 نيوتن. وبما أن الشحنات مختلفة، فإن القوة الكهربائية ستكون “قوة تجاذب”.

المثال الثاني

السؤال: هناك شحنتان مقدار كل منهما +6 نانو كولوم و +1 نانو كولوم، والمسافة بينهما 2 ميليمتر. ما مقدار القوة الكهربائية بينهما؟

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

المثال الثالث

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

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