Обсуди с товарищем, страница 113 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

У Кулона не было метода для измерения заряда, однако он смог установить, что сила электрического взаимодействия маленьких заряженных шариков прямо пропорциональна произведению их зарядов. Как это ему удалось? Предложите способ.

Шарль Кулон не имел возможности измерить абсолютную величину электрического заряда. Однако он разработал гениальный метод, который позволял ему изменять заряд на телах в известное число раз. Этого было достаточно, чтобы установить количественную зависимость силы взаимодействия от величин зарядов. Для измерения силы он использовал крутильные весы — очень чувствительный прибор, в котором сила взаимодействия заставляла скручиваться тонкую упругую нить. Угол закручивания нити прямо пропорционален действующей силе.

Предлагаемый способ основан на методе деления заряда, который и использовал Кулон.

Решение

1. Подготовка эксперимента. Кулон использовал несколько одинаковых проводящих шариков (например, из бузины, покрытой металлической фольгой). С помощью крутильных весов он мог измерять силу взаимодействия между двумя такими шариками, помещенными на определенном расстоянии $r$ друг от друга.

2. Создание эталонного заряда. Один из шариков (шарик 1) заряжался некоторым начальным, неизвестным зарядом $q$. Второй шарик (шарик 2) заряжался другим зарядом, который для простоты можно было считать таким же, $q$.

3. Первое измерение. Шарики 1 и 2 с зарядами $q_1 = q$ и $q_2 = q$ располагались на расстоянии $r$. Кулон измерял силу их взаимодействия $F_1$. Согласно его гипотезе, эта сила была пропорциональна произведению зарядов: $F_1 \propto q_1 q_2 = q^2$.

4. Изменение заряда в известное число раз. Теперь Кулон брал один из заряженных шариков, например шарик 2, и приводил его в соприкосновение с третьим, точно таким же, но незаряженным шариком (шарик 3). Поскольку шарики идентичны и являются проводниками, начальный заряд $q$ с шарика 2 распределялся между ними поровну. После разъединения на каждом из этих шариков (2 и 3) оставался заряд, равный половине первоначального: $q_2' = q/2$.

5. Второе измерение. Теперь Кулон снова измерял силу взаимодействия между шариком 1 (с зарядом $q_1 = q$) и шариком 2 (с новым зарядом $q_2' = q/2$) на том же расстоянии $r$. Он обнаруживал, что новая сила $F_2$ стала в два раза меньше первоначальной: $F_2 = F_1 / 2$. Это доказывало, что сила взаимодействия прямо пропорциональна величине второго заряда: $F \propto q_2$.

6. Третье измерение и проверка. Чтобы подтвердить общую зависимость, можно было повторить процедуру деления заряда и для первого шарика, уменьшив его заряд до $q_1' = q/2$. Теперь, измеряя силу взаимодействия между шариком 1 (с зарядом $q_1' = q/2$) и шариком 2 (с зарядом $q_2' = q/2$) на том же расстоянии $r$, Кулон получал силу $F_3$. Эксперимент показывал, что $F_3 = F_1 / 4$.

Сравним результаты, которые он получал:

• При зарядах $q_1=q$ и $q_2=q$ сила была $F_1$.
• При зарядах $q_1=q$ и $q_2=q/2$ сила была $F_2 = F_1/2$.
• При зарядах $q_1=q/2$ и $q_2=q/2$ сила была $F_3 = F_1/4$.

Эти результаты полностью согласовывались с гипотезой о том, что сила взаимодействия прямо пропорциональна произведению зарядов:

$F \propto q_1 \cdot q_2$

Проводя серию таких экспериментов, систематически меняя заряды на $q, q/2, q/4, q/8$ и т.д. и комбинируя их, Кулон смог убедительно доказать свою гипотезу, не зная при этом абсолютного значения заряда $q$.

Ответ: Кулон использовал метод деления заряда. Он брал заряженный шарик с неизвестным зарядом $q$ и приводил его в соприкосновение с другим, точно таким же, но незаряженным шариком. Заряд делился пополам, и на каждом шарике становился равным $q/2$. Повторяя эту процедуру, он мог получать заряды $q/4$, $q/8$ и т.д. Затем с помощью крутильных весов он измерял силу взаимодействия между шариками с различными, но известными в долях от первоначального, зарядами ($q_1$ и $q_2$). Сравнивая результаты измерений, он установил, что сила взаимодействия прямо пропорциональна произведению зарядов ($F \propto q_1 \cdot q_2$), не зная при этом их абсолютных величин.