إن العالم موجود بشكل أساسي بسبب قوة الجذب والصد ، وبسبب الصدمات بين الجزيئات ، تظل البيئة في شكل جيد التجهيز ومتوازن وأحد التطبيقات العملية لهذه النظرية هو قانون كولوم ، الذي يوضح مدى التنافر وقوة الجذب بين أي جزيئين ، وتوصل تشارلز أوغسطين دي كولوم إلى قانون كولوم عام 1784 .
ما هو قانون كولوم
قانون كولوم يعطي فكرة عن القوة بين نقطتين ، وفي الفيزياء يكون حجم الأجسام المشحونة الخطية صغيرًا جدًا مقابل المسافة بينها لذلك ، نعتبرها رسومًا للنقطة حيث يصبح من السهل علينا حساب قوة الجذب والطرد بين النقطتين .
وقانون كولوم هو عبارة عن وصف رياضي للقوة الكهربائية بين الأجسام المشحونة وصمم قانون كولوم عالم الفيزياء الفرنسي شارل أوغستان دي كولوم في القرن الثامن عشر ، وقام تشارلز أوغسطين دي كولوم عالم الفيزياء الفرنسي في عام 1784 بقياس القوة بين شحنتين ، وقد توصل إلى نظرية مفادها أن القوة تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الشحنات ، ووجد أيضًا أن هذه القوة تتناسب بشكل مباشر مع ناتج الشحنات والأحجام فقط .
كيفية عمل قانون كولوم
تتناقص كل من قوى الجاذبية والكهرباء مع مربع المسافة بين الأجسام ، وتعمل كلتا القوتين على طول خط بينهما ، ومع ذلك في قانون كولوم يتم تحديد حجم القوة الكهربائية ، وعلامة القوة الكهربائية بواسطة الشحنة الكهربائية ، وليس كتلة الجسم ، وهكذا تحدد الشحنة كيف تؤثر الكهرومغناطيسية على حركة الأجسام المشحونة ، وكل مكونات المادة لها شحنة كهربائية ذات قيمة يمكن أن تكون موجبة أو سالبة أو صفرية ، فعلى سبيل المثال ، يتم شحن الإلكترونات سالبًا ، ويتم شحن النواة الذرية بشكل إيجابي ومعظم المواد السائبة لها مقدار مساوٍ من الشحنات الموجبة والسالبة ، وبالتالي لا تحتوي على شحنة صفرية .
ووفقا لهذه النظرية فأن هذا يعني أن الشحنات ذات العلامة نفسها ستدفع بعضها البعض بقوى بغيضة ، بينما الشحنات ذات العلامات المعاكسة ستسحب بعضها البعض بقوة جذابة .
حدود قانون كولوم
يُستمد قانون كولوم من بعض الافتراضات ، ولا يمكن استخدامه بحرية مثل الصيغ العامة الأخرى ويقتصر القانون على النقاط التالية :
- يمكننا استخدام الصيغة إذا كانت الرسوم ثابتة (في وضع الراحة) .
- الصيغة سهلة الاستخدام أثناء التعامل مع الشحنات ذات الشكل المنتظم والسلس ، ويصبح من الصعب للغاية التعامل مع الشحنات ذات الأشكال غير المنتظمة .
- الصيغة صالحة فقط عندما تكون جزيئات المذيبات بين الجسيمات أكبر بما فيه الكفاية من كلتا الشحنتين .
- قانون كولوم لا ينطبق إلا على رسوم نقطة في بقية النقاط .
- لا يمكن تطبيق قانون كولوم إلا في الحالات التي يتم فيها الامتثال لقانون التربيع العكسي .
- من الصعب تطبيق قانون كولوم حيث تكون النقاط في شكل تعسفي ؛ لأنه في مثل هذه الحالات لا يمكننا تحديد المسافة بين النقط.
ووفقا لقانون كولوم فإن القوة الكهربائية للشحنات تكون متوفرة في بقية الخصائص التالية :
- الشحنتين السالبتين تتسببان في صد أحدهما الآخر ، في حين أن الشحنة الموجبة تجذب شحنة سالبة .
- تعمل الجاذبية أو الطرد على طول الخط الفاصل بين النقطتين .
- يتفاوت حجم القوة عكسيا مع مربع المسافة بين النقطتين لذلك ، إذا تضاعفت المسافة بين النقطتين ، يصبح الانجذاب أو الطرد أضعف حيث ينخفض إلى ربع القيمة الأصلية ، وإذا اقتربت التهم 10 أضعاف يزداد حجم القوة بعامل 100 .
- حجم القوة يتناسب مع قيمة كل شحنة والوحدة المستخدمة لقياس الشحنة هي كولوم (C) ، وإذا كانت هناك شحنتين موجبتين ، واحدة من 0.1 كولوم وثاني 0.2 كولوم ، فإنهم سيصدون بعضهم البعض بقوة تعتمد على المنتج 0.2 × 0.1 ، وبالتالي إذا تم تخفيض كل من الرسوم بمقدار النصف ، فسيتم خفض الطرد إلى ربع قيمته السابقة .
ما هو أصل قانون كولوم
تم ملاحظة قانون كولوم لأول مرة في عام 600 قبل الميلاد من قبل الفيلسوف اليوناني تاليس ميليتوس ، حيث أنه قام بشحن جثتين بالكهرباء الساكنة ، وقاموا بطرد أو جذب بعضهما البعض اعتمادًا على طبيعة الشحنة نفسها ، وكانت هذه مجرد ملاحظة لكنه لم يثبت أي علاقة رياضية لقياس قوة الجذب أو الطرد بين الهيئات المشحونة ، وبعد قرون عديدة وفي عام 1785 ، نشر تشارلز أوغسطين دي كولوم وهو فيزيائي فرنسي العلاقة الرياضية الفعلية بين جثتين مشحونتين كهربائياً ، واستمد معادلة للصد أو قوة الجذب بينهما ، وهذه العلاقة الأساسية هي الأكثر شهرة باسم قانون كولوم .
مقارنة بين القوى الكهربائية والجاذبية
القوة الكهربائية وقوة الجاذبية هما القوتان اللامستان اللذان تمت مناقشتهما في برنامج دروس الفيزياء ، وتشبه معادلة قانون كولوم للقوة الكهربائية تشابهًا قويًا مع معادلة نيوتن للجاذبية العامة ، وكل من المعادلتين لها شكل مماثل جدا وتُظهر المعادلتان علاقة مربعة عكسية بين القوة والمسافة ، وتبين المعادلتان أن القوة تتناسب مع ناتج الكمية التي تسبب قوة الشحن في حالة القوة الكهربائية والكتلة في حالة قوة الجاذبية ، ومع ذلك هناك بعض الاختلافات الملفتة للنظر بين هاتين القوتين وأولاً ، تكشف المقارنة بين ثوابت التناسب ، وتوضح أن ثابت قانون كولوم هو أكبر بكثير من ثابت الجاذبية العام لنيوتن ، وبعد ذلك ، ستجذب وحدة الشحن وحدة شحن بقوة أكبر بكثير من وحدة الكتلة ، وستجذب وحدة الكتلة أما عن قوى الجاذبية فهي جذابة فقط والقوى الكهربائية يمكن أن تكون جذابة أو مثيرة للاشمئزاز .
أهمية قانون كولوم
ساعد قانون كولوم كثيرًا في معرفة وتفسير الكثير من الظواهر الحياتية المحيطة بالبشر ، وأوضح قانون كولوم أن هناك تشابه واضح بين القوة الكهربائية وقوة الجاذبية ، وأن القوة الكهربائية تكون أقوى بنسبة 1036 عن قوة الجاذبية ، وتكون أهمية قانون كولوم منحصرة في تفسير التفاعلات بين النواة والذرات .
وبالتالي فإن معظم قوى تجربتنا اليومية غير الجاذبية بطبيعتها كهربائية وقانون كولوم هو نتيجة دقيقة للرسوم الثابتة وليس تقريبًا لبعض القوانين العليا ، ولا ينطبق هذا فقط على الأجسام العادية ، ولكن أيضًا على الجزيئات الأساسية مثل الإلكترونات ، ويظل قانون كولوم ساري المفعول في الحد الكمي ، وعندما تتحرك الجسيمات المشحونة بسرعة قريبة من سرعة الضوء مثل التسارع في الطاقة العالية لا يعطي قانون كولوم وصفًا كاملاً لتفاعلهم الكهرومغناطيسي ، وبدلاً من ذلك يجب إجراء تحليل أكثر اكتمالًا .