Номер 4, страница 98 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 6. Электрический заряд. Электрическое поле. Параграф 27. Закон Кулона. Вопросы - номер 4, страница 98.

Условие.

4. Для каких заряженных тел применима формула закона Кулона?

Решение.

Решение

Формула закона Кулона, которая определяет силу электростатического взаимодействия между двумя зарядами, имеет вид:

$F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$

где $\text{F}$ — сила взаимодействия, $q_1$ и $q_2$ — величины зарядов, $\text{r}$ — расстояние между ними, а $\text{k}$ — коэффициент пропорциональности. Эта формула строго применима при соблюдении следующих условий:

1. Заряды должны быть точечными. Точечный заряд — это физическая модель, в которой заряженное тело рассматривается как точка. Это допущение справедливо, если линейные размеры заряженных тел пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними. Например, если расстояние между двумя заряженными шариками в 100 раз больше их диаметров, их с высокой точностью можно считать точечными.

2. Заряды должны быть неподвижными. Закон Кулона является основным законом электростатики, то есть раздела физики, изучающего взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Если заряды движутся, то кроме электрического поля они создают и магнитное поле, и их взаимодействие описывается более сложными законами (силой Лоренца).

3. Взаимодействие происходит в вакууме. Приведенная выше формула справедлива для вакуума. Если заряды находятся в какой-либо среде (диэлектрике), сила взаимодействия между ними уменьшается в $\epsilon$ раз, где $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды. Формула в этом случае принимает вид: $F = k \frac{|q_1 q_2|}{\epsilon r^2}$.

Важно отметить, что закон Кулона также применим для тел, обладающих сферической симметрией распределения заряда (например, равномерно заряженный шар или сфера). Согласно теореме Гаусса, такое тело во внешнем пространстве создает электрическое поле, идентичное полю точечного заряда той же величины, помещенного в центр этого тела. Поэтому при расчете силы взаимодействия между двумя такими телами их можно рассматривать как точечные заряды, а расстояние $\text{r}$ считать расстоянием между их центрами.

Ответ: Формула закона Кулона применима для неподвижных точечных зарядов. Также она применима для взаимодействия заряженных тел сферической формы (сфер, шаров) и для любых заряженных тел, если расстояние между ними значительно превышает их размеры, так как в этих случаях они могут рассматриваться как точечные.