Номер 2, страница 240 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Чем отличается закон Кулона от закона всемирного тяготения?

Решение

Закон Кулона и закон всемирного тяготения являются фундаментальными законами физики, описывающими взаимодействие на расстоянии. Они имеют схожую математическую структуру, так как оба являются законами обратных квадратов. Это означает, что сила взаимодействия в обоих случаях обратно пропорциональна квадрату расстояния ($\text{r}$) между объектами.

Формула закона Кулона: $F_э = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$, где $q_1$ и $q_2$ – это величины электрических зарядов, а $\text{k}$ – коэффициент пропорциональности.

Формула закона всемирного тяготения: $F_г = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$, где $m_1$ и $m_2$ – это массы тел, а $\text{G}$ – гравитационная постоянная.

В обоих случаях сила прямо пропорциональна произведению характеристик тел (зарядов или масс) и является центральной, то есть действует вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие объекты.

Несмотря на это математическое сходство, между этими законами существуют принципиальные физические различия.

1. Характер взаимодействия. Гравитационная сила — это всегда сила притяжения. Электростатическая же сила может быть как силой притяжения (между разноименными зарядами), так и силой отталкивания (между одноименными зарядами).

2. Источник силы. Гравитационное взаимодействие существует между любыми телами, обладающими массой. Электростатическое взаимодействие возникает только между телами, имеющими электрический заряд. Тело может быть электрически нейтральным, но не может не иметь массы.

3. Интенсивность взаимодействия. Электростатическое взаимодействие на много порядков интенсивнее гравитационного. Это видно из сравнения констант: $k \approx 9 \cdot 10^9 \text{ Н} \cdot \text{м}^2/\text{Кл}^2$, в то время как $G \approx 6.67 \cdot 10^{-11} \text{ Н} \cdot \text{м}^2/\text{кг}^2$. Например, сила электростатического отталкивания двух протонов примерно в $10^{36}$ раз превышает силу их гравитационного притяжения.

4. Влияние среды. Сила гравитационного взаимодействия не зависит от среды, в которой находятся тела. Сила Кулона, напротив, ослабевает в диэлектрической среде.

5. Возможность экранирования. От электрического поля можно экранироваться (например, с помощью клетки Фарадея), в то время как от гравитационного поля экранироваться невозможно.

Ответ: Закон Кулона отличается от закона всемирного тяготения по следующим ключевым параметрам: 1) по характеру силы (кулоновская может быть и отталкиванием, а гравитационная — только притяжением); 2) по источнику силы (электрический заряд против массы); 3) по интенсивности (электростатическая сила намного сильнее); 4) по зависимости от среды (кулоновская сила зависит, гравитационная — нет); 5) по возможности экранирования (электрическое поле экранируемо, гравитационное — нет).