قانون كولوم – القوة بين شحنتين
الفيزياءالمجالات الكهربائية والمغناطيسية16–17 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلتقع شحنتان على محور: اسحبهما مباشرة أو استخدم المنزلقات لتغيير مقدار q₁ وq₂ (مع الإشارة) والمسافة r بينهما. تُعرض قوة كولوم بأسهم وبقيمة عددية، ويتغير لونها واتجاهها بحسب كون الشحنتين متشابهتين (تتنافران) أو مختلفتين (تتجاذبان). تستخدم الشاشة العيانية الميكروكولوم والمتر كما في الشحنات الساكنة المألوفة، أما الشاشة الذرية فتنزل إلى الشحنة الأولية e والبيكومتر كما في الذرات والجزيئات. ويمكن عرض القوة بالصيغة العلمية a×10ⁿ أو بالصيغة العشرية، ويفصل خيار «حجم ثابت للشحنات» الحجم المرسوم عن المقدار الحقيقي للشحنة. استنادًا إلى محاكاة "Coulomb's Law" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ أُعيدت كتابتها.
الدرس: القوى بين الشحنات الكهربائية
ماذا تعرض
ينص قانون كولوم على أن القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب مقداري الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما: F = k·|q₁·q₂|/r². فإذا ضوعفت المسافة صارت القوة ربع قيمتها، وإذا ضوعفت إحدى الشحنتين تضاعفت القوة. والشحنتان المتشابهتان تتنافران والمختلفتان تتجاذبان، وتؤثر كل منهما في الأخرى بقوة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه وفق قانون نيوتن الثالث. وتصح العلاقة نفسها في مقياسين مختلفين جدًا: شحنات بالميكروكولوم تفصلها أمتار، وشحنات أولية تفصلها بيكومترات داخل الذرات والجزيئات.
طريقة الاستخدام
ابدأ بشاشة «عياني (µC, m)»: حرّك منزلقي «الشحنة q₁» و«الشحنة q₂» ولاحظ اتجاه السهمين وقيمة F. ثم اسحب الشحنتين على المحور أو استخدم منزلق «المسافة r»، وضاعف المسافة لترى القوة تصبح ربع قيمتها. غيّر إشارة إحدى الشحنتين لتنتقل من التنافر إلى التجاذب. فعّل «حجم ثابت للشحنات» لتفصل الحجم المرسوم عن مقدار الشحنة، ثم انتقل إلى «ذري (e, pm)» وقارن مقدار القوة.
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة عياني (µC, m), ذري (e, pm)
- الشحنة q1 (الشاشة العيانية) -10–10 µC
- الشحنة q2 (الشاشة العيانية) -10–10 µC
- المسافة (الشاشة العيانية) 0.2–9 m
- حجم ثابت للشحنات
- اعرض القوة بالصيغة العلمية (a×10ⁿ)
أسئلة للاستكشاف
- إذا ضاعفت المسافة r بين الشحنتين وأبقيت الشحنتين كما هما، فكم مرة تصغر القوة؟
- لماذا يتساوى دائمًا مقدار القوة المؤثرة في q₁ ومقدار القوة المؤثرة في q₂ حتى لو اختلفت الشحنتان؟
- كيف يتغير اتجاه السهمين عندما تغيّر إشارة إحدى الشحنتين، وماذا يدل ذلك عليه؟
