Номер 4, страница 377 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 68. Закон Кулона. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 4, страница 377.

Условие.

4. Каким образом Кулону, не имевшему способа измерения зарядов, удалось установить зависимость модуля силы электростатического взаимодействия тел от их зарядов?

Решение.

4. Шарль Кулон не имел возможности измерить абсолютное значение электрического заряда в каких-либо единицах. Однако он разработал остроумный экспериментальный метод, который позволял ему изменять величину заряда в известное количество раз и, таким образом, установить зависимость силы взаимодействия от величины зарядов.

Для измерения силы взаимодействия Кулон использовал изобретённый им прибор — крутильные весы. В этом приборе сила электрического отталкивания или притяжения двух маленьких заряженных шариков уравновешивалась силой упругости, возникающей при закручивании тонкой упругой нити. Угол закручивания нити прямо пропорционален действующей силе, что давало возможность с высокой точностью сравнивать величины сил.

Ключевой идеей Кулона был метод деления заряда. Он использовал одинаковые по размеру проводящие шарики. Процедура была следующей:
1. Один из шариков получал некоторый начальный заряд $q$.
2. Затем этот шарик приводился в соприкосновение с другим, точно таким же, но незаряженным шариком. Поскольку шарики были одинаковыми проводниками, заряд распределялся между ними поровну. В результате на каждом из них оказывался заряд, равный $q/2$.
3. Повторяя эту операцию (касаясь заряженного шарика новым незаряженным), Кулон мог получать заряды $q/4$, $q/8$ и так далее.

Проводя эксперименты, Кулон измерял силу взаимодействия $F$ между двумя заряженными шариками (с зарядами $q_1$ и $q_2$) на определённом расстоянии. Затем он уменьшал заряд одного из шариков вдвое (до $q_1/2$) и обнаруживал, что сила взаимодействия также уменьшалась вдвое. Если он уменьшал заряды обоих шариков вдвое (до $q_1/2$ и $q_2/2$), то сила взаимодействия уменьшалась в четыре раза. Эти наблюдения позволили ему сделать вывод, что сила электростатического взаимодействия прямо пропорциональна произведению модулей зарядов: $F \propto |q_1 \cdot q_2|$.

Ответ: Кулон использовал метод деления заряда при помощи одинаковых проводящих шариков. Касаясь заряженным шариком ($q$) такого же незаряженного, он делил заряд пополам ($q/2$). Это позволяло ему изменять величину заряда в известное число раз (в 2, 4, 8 и т.д.). С помощью крутильных весов он измерял, как изменяется сила взаимодействия при изменении зарядов, и установил, что сила прямо пропорциональна произведению величин взаимодействующих зарядов.