Закон Кулона в 8 классе отвечает на вопрос, с какой силой два заряженных тела отталкиваются или притягиваются: F = k·q₁·q₂/r². Сила растёт с зарядами и быстро слабеет с расстоянием. Ниже: что значит каждая буква, чему равно k и как не потерять квадрат в знаменателе.
Суть простыми словами
Возьми два магнита и сближай их одноимёнными полюсами: чем ближе, тем сильнее они упираются. С электрическими зарядами тот же сюжет. Если заряды одного знака, тела отталкиваются, если разных, притягиваются. Закон Кулона говорит, насколько сильно.
Формулировка. Сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
F = k · |q₁| · |q₂| / r²
- F — сила, Н;
- q₁, q₂ — заряды, Кл (кулон). Заряд одного электрона по модулю 1,6·10⁻¹⁹ Кл, поэтому кулон очень большой и обычно встречаются микрокулоны: 1 мкКл = 10⁻⁶ Кл;
- r — расстояние между зарядами, м;
- k — коэффициент пропорциональности, k = 9·10⁹ Н·м²/Кл².
«Точечный» означает, что размеры тел намного меньше расстояния между ними.
Что важно понять. Расстояние стоит в квадрате: отодвинули заряды в 2 раза, сила упала в 4 раза; сблизили в 3 раза, сила выросла в 9. Силы двух зарядов друг на друга равны по величине и направлены в противоположные стороны, как и положено по третьему закону Ньютона, даже если один заряд много больше другого. Знак зарядов нужен, чтобы понять, притяжение это или отталкивание, а в формулу подставляют модули.
Разобранная задача. Два точечных заряда 2 мкКл и 3 мкКл находятся на расстоянии 30 см. С какой силой они взаимодействуют? Переводим: q₁ = 2·10⁻⁶ Кл, q₂ = 3·10⁻⁶ Кл, r = 0,3 м. F = 9·10⁹ · 2·10⁻⁶ · 3·10⁻⁶ / 0,3² = 9·10⁹ · 6·10⁻¹² / 0,09 = 5,4·10⁻² / 0,09 = 0,6 Н. Ответ: 0,6 Н.
Где встречается на экзамене
В кодификаторе ОГЭ 2027 в блоке «Электромагнитные явления» стоит элемент 3.2 «Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона», класс изучения — 8-й. Вопрос может быть качественным («как изменится сила, если расстояние увеличить вдвое») или расчётным. Короткий расчёт по электромагнитным явлениям по спецификации даёт задание 9 ОГЭ по физике, но в демо 2027 оно про ток, а не про Кулона. Элементарный заряд e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл есть в справочных данных варианта, а k там нет: его стоит помнить. Электризацию и заряды в демо проверяют текстом с пропусками — задание 4.
Где ошибаются
- Теряют квадрат. Расстояние в знаменателе идёт во второй степени: r², а не r.
- Не переводят микрокулоны и сантиметры. 2 мкКл — это 2·10⁻⁶ Кл, 30 см — это 0,3 м. Одна пропущенная приставка даёт ошибку в миллион раз.
- Подставляют знаки зарядов в формулу. Получают отрицательную силу и теряются. Знак определяет лишь притяжение или отталкивание.
- Думают, что больший заряд действует сильнее. Силы обоих тел равны по модулю.
- Применяют закон к большим телам на малом расстоянии. Формула годится для точечных зарядов и для равномерно заряженных шаров, если r считать между их центрами.
Шпаргалка за 30 секунд
Как изменится сила F взаимодействия зарядов:
расстояние увеличили в 2 раза
- Как изменится F
- уменьшится в 4 раза
расстояние уменьшили в 2 раза
- Как изменится F
- увеличится в 4 раза
один заряд увеличили в 3 раза
- Как изменится F
- увеличится в 3 раза
оба заряда увеличили в 2 раза
- Как изменится F
- увеличится в 4 раза
заряд одного знака заменили на противоположный
- Как изменится F
- величина та же, направление обратное
Следующий шаг: попробуй поле и заряды руками в тренажёре «Электростатика: опыты с молнией», режим «Парта» с натёртой палочкой и шариками. Потом переходи к теме закон Ома для участка цепи. Глава «Электризация и строение атома» сборника задач по физике 8 класса — там задачи на заряды и закон Кулона. Если степени десяти путаются, разберём их по шагам на пробном занятии по физике.