Номер 3, страница 170 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Электрические явления. § 42*. Закон Кулона. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 170.

Условие.

3. Всегда ли справедлив закон Кулона?

Решение.

3. Всегда ли справедлив закон Кулона?

Закон Кулона является фундаментальным законом электростатики, но он справедлив не всегда, а лишь при выполнении ряда условий. Этот закон точно описывает силу взаимодействия между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами в вакууме.

Основные условия и границы применимости закона Кулона:

1. Точечные заряды: Закон в его классической формулировке применим к точечным зарядам, то есть к таким заряженным телам, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними. Для протяженных тел сила взаимодействия находится путем векторного суммирования (интегрирования) сил, действующих между всеми элементарными зарядами, из которых состоят тела. Важным исключением являются тела со сферически симметричным распределением заряда, которые взаимодействуют так, как если бы их заряды были сосредоточены в их центрах.

2. Неподвижность зарядов: Закон Кулона относится к разделу электростатики, поэтому он строго справедлив только для зарядов, находящихся в состоянии покоя. При движении зарядов возникает магнитное поле, и взаимодействие между ними становится электромагнитным. Оно описывается более общим выражением для силы Лоренца, которая учитывает как электрическое, так и магнитное взаимодействие.

3. Взаимодействие в вакууме: Стандартная формула закона Кулона $F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$, где коэффициент $k = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \approx 9 \cdot 10^9 \frac{Н \cdot м^2}{Кл^2}$, описывает взаимодействие зарядов в вакууме. В диэлектрической среде (например, в воде, масле или стекле) сила электростатического взаимодействия между зарядами ослабляется. Это ослабление характеризуется диэлектрической проницаемостью среды $\epsilon$. Сила взаимодействия в среде будет в $\epsilon$ раз меньше, чем в вакууме: $F_{среда} = \frac{F_{вакуум}}{\epsilon} = \frac{1}{4\pi\epsilon_0\epsilon} \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$.

4. Масштабы расстояний: Закон Кулона был подтвержден экспериментально в очень широком диапазоне расстояний. Однако на чрезвычайно малых расстояниях, сопоставимых с размерами атомного ядра ($~10^{-15}$ м), электростатические силы уступают место гораздо более мощным сильным ядерным взаимодействиям. На сверхбольших, космологических расстояниях закон считается справедливым, но его прямая экспериментальная проверка в этих масштабах представляет значительные трудности.

Таким образом, закон Кулона представляет собой идеализированную модель, которая имеет свои границы применимости, но является чрезвычайно точной и полезной в рамках этих границ.

Ответ: Нет, закон Кулона справедлив не всегда. Он строго выполняется для неподвижных точечных зарядов в вакууме и имеет ограничения по масштабам расстояний.