Ο Νόμος του Κουλόμπ
Φανταστείτε δύο μαγνητάκια - μερικές φορές κολλάνε και μερικές φορές απωθούνται. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και με τα ηλεκτρικά φορτία! Ο Γάλλος φυσικός Charles-Augustin de Coulomb το 1785 ανακάλυψε τον ακριβή τρόπο που υπολογίζουμε αυτή τη δύναμη.
Ο νόμος του Κουλόμπ μας δίνει έναν μαθηματικό τύπο: F = k(q₁q₂)/r². Αυτός ο τύπος μπορεί να φαίνεται περίπλοκος, αλλά στην πραγματικότητα είναι πολύ λογικός. Όσο μεγαλύτερα είναι τα φορτία, τόσο δυνατότερη η δύναμη - όσο πιο μακριά είναι, τόσο πιο αδύναμη.
Η σταθερά k έχει μια συγκεκριμένη τιμή (περίπου 9×10⁹) και εξαρτάται από το περιβάλλον. Στον αέρα και στο κενό παραμένει σταθερή, αλλά αλλάζει αν παρεμβάλουμε άλλα υλικά ανάμεσα στα φορτία.
Προσοχή: Τα φορτία μετριούνται σε Coulomb (C), οι αποστάσεις σε μέτρα (m) και η δύναμη σε Newton (N). Να θυμάστε πάντα τις μονάδες στις ασκήσεις!
Πότε Έλκονται και Πότε Απωθούνται τα Φορτία
Εδώ είναι που γίνεται πολύ ενδιαφέρον! Τα ομώνυμα φορτία (δύο θετικά ή δύο αρνητικά) πάντα απωθούνται - σαν να λένε "φύγε από κοντά μου". Αντίθετα, τα ετερώνυμα φορτία (ένα θετικό και ένα αρνητικό) πάντα έλκονται - είναι σαν τα αντίθετα των μαγνητών.
Αυτό εξηγεί γιατί τα μαλλιά σας "στέκονται" όταν τρίβετε ένα πλαστικό χάρακα πάνω τους. Τα μαλλιά φορτίζονται με το ίδιο φορτίο και απωθούνται μεταξύ τους!
Ο νόμος λειτουργεί όπως ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα, με τη διαφορά ότι εδώ μιλάμε για φορτία αντί για μάζες. Και στις δύο περιπτώσεις, όσο μικραίνει η απόσταση, τόσο αυξάνεται δραματικά η δύναμη.
Η Αρχή της Υπέρθεσης - Όταν Έχουμε Πολλά Φορτία
Στην πραγματικότητα σπάνια έχουμε μόνο δύο φορτία. Συνήθως υπάρχουν πολλά! Εδώ μπαίνει η αρχή της υπέρθεσης, που είναι πολύ απλή: κάθε φορτίο "νιώθει" τη δύναμη από όλα τα υπόλοιπα ξεχωριστά.
Για να βρούμε τη συνολική δύναμη, απλά προσθέτουμε όλες τις επιμέρους δυνάμεις - αλλά προσοχή, πρέπει να λάβουμε υπόψη και την κατεύθυνση κάθε δύναμης. Αυτό σημαίνει ότι κάνουμε διανυσματικό άθροισμα.
Αυτή η αρχή κάνει τις ασκήσεις πιο περίπλοκες, αλλά και πιο ρεαλιστικές. Στον πραγματικό κόσμο, τα άτομα, τα ιόντα και τα μόρια αλληλεπιδρούν ακριβώς με αυτόν τον τρόπο!
Συμβουλή για εξετάσεις: Στις ασκήσεις με πολλά φορτία, σχεδιάστε πάντα ένα διάγραμμα και βάλετε βελάκια για τις δυνάμεις. Θα σας βοηθήσει να μη χάσετε κανένα φορτίο!