Номер 3, страница 294 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 11. Электромагнитное поле. Напряжённость электростатического поля. Параграф 52. Закон Кулона — основной закон электростатики. Вопросы - номер 3, страница 294.

Условие.

3. Почему в опытах Кулона взаимодействующие заряды можно считать точечными?

Решение.

Почему в опытах Кулона взаимодействующие заряды можно считать точечными?

В физике точечным зарядом называют заряженное тело, размерами и формой которого в рассматриваемой ситуации можно пренебречь. Это допущение справедливо, если характерные размеры тела (например, его диаметр $\text{d}$) значительно меньше, чем расстояние $\text{r}$ до других заряженных тел или до точки, в которой рассматривается поле ($d \ll r$).

В своих классических экспериментах с крутильными весами Шарль Кулон исследовал силу взаимодействия между двумя маленькими заряженными шариками. Ключевым условием его опытов было то, что расстояние между центрами шариков всегда было намного больше их радиусов.

Соблюдение этого условия было критически важным по двум причинам. Во-первых, это позволяло с высокой точностью измерять расстояние $\text{r}$ между зарядами, принимая его равным расстоянию между центрами шаров. Во-вторых, это давало возможность пренебречь эффектом электростатической индукции — перераспределением зарядов на поверхности проводящих шариков под действием сил притяжения или отталкивания. При большом расстоянии этот эффект незначителен, и заряженные шары ведут себя почти как идеальные точечные заряды, поле которых эквивалентно полю заряда, помещенного в их центр.

Именно благодаря тому, что экспериментальная установка позволяла рассматривать заряженные шарики как точечные заряды, Кулон смог вывести простую и точную математическую формулу для силы их взаимодействия, известную сегодня как закон Кулона.

Ответ: В опытах Кулона взаимодействующие заряды можно считать точечными, потому что размеры используемых заряженных шариков были пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними. Это условие позволяет игнорировать форму тел и эффекты перераспределения заряда на их поверхности, делая модель точечного заряда точной для описания их взаимодействия.