أسئلة حول قانون كولوم في الفيزياء

القانون العام لكولوم

يعبر قانون كولوم عن القوة الكهربائية التي تؤثر بها شحنة (ش1) على شحنة أخرى (ش2)، ويمكن التعبير عن ذلك بالعلاقة التالية:

القوة = (أ × ش1 × ش2) / ف²، حيث أن:

• أ: تساوي 8.99 × 10⁹ نيوتن.م²/كولوم².
• ف: تمثل المسافة بين الشحنات.

ملاحظة: تُعتبر القوة من الكميات المتجهة، وعندما تؤثر عدة شحنات على شحنة واحدة، فإن القوة الكلية تساوي مجموع القوى الفردية (vector sum). كما يُلاحظ أن الشحنات المختلفة تتجاذب، بينما الشحنات المتشابهة تتنافر.

أمثلة تطبيقية على قانون كولوم

المثال الأول

سؤال: إذا وُجدت شحنتان مقدار كل منهما +3 × 10^-9 كولوم و-5 × 10^-9 كولوم، وكان الفاصل بينهما 2 متر، فما هو مقدار القوة الكهربائية بين الشحنتين وما نوعها؟

الحل:

• تحديد المطلوب: نحتاج إلى حساب مقدار القوة الكهربائية بين الشحنتين، والتي تم إعطاؤنا قيمتها والمسافة بينهما.
• تحديد طريقة الحل: سنستخدم قانون كولوم لحساب مقدار القوة الكهربائية؛ وهي: القوة = (أ × ش1 × ش2) / ف².
• تحديد المعطيات: ش1= +3 × 10^-9 كولوم، ش2= -5 × 10^-9 كولوم، ف= 2 متر. المعروف أن أ= 9 × 10⁹ نيوتن.م²/كولوم².
• التحقق من الوحدات: جميع الوحدات مستخدمة بالنظام الدولي للوحدات (SI).
• حساب مقدار القوة: بتطبيق قانون كولوم، إذن القوة تصبح: (9 × 10⁹) × (3 × 10^-9) × (5 × 10^-9) / 2² = 3.37 × 10^-8 نيوتن. نظرًا لاختلاف الشحنات، فإن نوع القوة الكهربائية سيكون “تجاذب”.

المثال الثاني

سؤال: إذا كانت هناك شحنتان كل منهما +6 نانو كولوم و+1 نانو كولوم، والمسافة بينهما 2 ميليمتر، فكم مقدار القوة الكهربائية بينهما؟

الحل: ق = أ × ش1 × ش2 / ف²
=(9 × 10⁹) × (6 × 10^-9) × (1 × 10^-9) / (2 × 10^-3)²
= 1.35 × 10^-2 نيوتن.
لذا فإن نوع القوة الكهربائية سيكون “تنافر”، لأن الشحنات هنا متشابهة.

المثال الثالث

سؤال: لدينا شحنتان مقدارهما +1 كولوم و-3 كولوم، والمسافة بينهما 3 متر، ما هو مقدار قوة التجاذب الكهربائية بينهما؟

• الحل:
• المعطيات: ش1= +1 كولوم، ش2= -3 كولوم، ف= 3 متر.
• بتطبيق قانون كولوم، ستكون القوة: 9 × 10⁹ × 1 × 3 / 3².
• وبالتالي، القوة الكهربائية تعادل 3 × 10⁹ نيوتن.