ماهو قانون كولوم

تعتمد وجود العالم بشكل أساسي على قوة الجذب والصد، ونتيجة للتصادمات بين الجزيئات، تظل البيئة في حالة توازن وتجهيز جيد. وأحد التطبيقات العملية لهذه النظرية هو قانون كولوم الذي يوضح قدر التنافر وقوة الجذب بين أي جزيئتين، وقد وصل تشارلز أوغستين دي كولوم إلى قانون كولوم في عام 1784 .

ما هو قانون كولوم

يعطي قانون كولوم فكرة عن القوة بين نقطتين في الفيزياء، حيث يكون حجم الأجسام المشحونة الخطية صغيرا جدا بالمقارنة مع المسافة بينها، لذلك نعتبرها رموزا للنقطة، حيث يسهل علينا حساب قوة الجذب والطرد بين النقطتين .

قانون كولوم هو وصف رياضي للقوة الكهربائية بين الجسمين المشحونين. صمم هذا القانون العالم الفيزيائي الفرنسي شارل أوغستان دي كولوم في القرن الثامن عشر. في عام 1784، قام تشارلز أوغستين دي كولوم بقياس القوة بين شحنتين، واكتشف أن القوة تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الشحنات. كما وجد أن هذه القوة تتناسب مباشرة مع حاصل ضرب الشحنتين وتتناسب أيضا مع حجم الشحنتين .

كيفية عمل قانون كولوم

تقل قوى الجاذبية والكهربائية بمربع المسافة بين الأجسام. وتعمل القوتان على طول الخط المستقيم الواصل بينهما، ومع ذلك، يتم تحديد حجم القوة الكهربائية في قانون كولوم بواسطة الشحنة الكهربائية، وليس بواسطة كتلة الجسم. وبالتالي، تحدد الشحنة كيفية تأثير الكهرومغناطيسية على حركة الأجسام المشحونة. ولكل مكون في المادة شحنة كهربائية ذات قيمة تكون إيجابية أو سالبة أو صفرية. ومثلا، تشحن الإلكترونات سالبا، وتشحن النواة الذرية بشكل إيجابي، ويحتوي معظم المواد السائبة على مقدار متساو من الشحنات الموجبة والسالبة، وبالتالي ليست لديها شحنة صفرية .

وفقا لهذا النظرية، يعني ذلك أن الشحنات التي لها نفس العلامة ستتنافر بقوة بغيضة، بينما الشحنات التي لها علامات معاكسة ستتجاذب بقوة جاذبة .

حدود قانون كولوم

يعتمد قانون كولوم على بعض الافتراضات ولا يمكن استخدامه بحرية مثل الصيغ العامة الأخرى، ويقتصر القانون على النقاط التالية:

• يمكن استخدام الصيغة إذا كانت الرسوم ثابتة في وضع الراحة .
• يتميز النظام بسهولة الاستخدام عند التعامل مع الشحنات ذات الشكل المنتظم والسلس، بينما يصعب التعامل مع الشحنات ذات الأشكال غير المنتظمة بشكل كبير .
• تكون الصيغة صالحة فقط عندما تكون جزيئات المذيبات بين الجسيمات أكبر بما يكفي لحمل كلتا الشحنتين .
• قانون كولوم ينطبق فقط على الشحنات النقطية في بقية النقاط .
• يمكن تطبيق قانون كولوم فقط في الحالات التي يتم فيها الامتثال لقانون التربيع العكسي .
• من الصعب تطبيق قانون كولوم عندما تكون النقاط غير منتظمة؛ لأنه في مثل تلك الحالات لا يمكن تحديد المسافة بين النقاط.

ووفقًا لقانون كولوم، فإن القوة الكهربائية للشحنات تتوفر في بقية الخصائص التالية:

• تؤدي الشحنتان السالبتان إلى صد أحدهما الآخر، في حين يجذب الشحنة الموجبة الشحنة السالبة .
• يعمل الجاذبية أو الطرد على طول الخط المستقيم الذي يفصل بين النقطتين .
• تتباين قوة الجاذبية بشكل عكسي مع مربع المسافة بين النقطتين، وبالتالي إذا تضاعفت المسافة بين النقطتين، فإن الجاذبية تصبح أضعف وتنخفض إلى ربع القيمة الأصلية، وإذا قلت المسافة بين النقطتين إلى العشرة أضعاف، فإن حجم القوة يزداد بمقدار 100 ضعف .
• 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 شحن جثتين بالكهرباء الساكنة وقاموا بطرد أو جذب بعضهما البعض اعتمادا على طبيعة الشحنة نفسها. لقد كانت هذه الملاحظة مجرد ملاحظة، لكنه لم يثبت أي علاقة رياضية لقياس قوة الجذب أو الطرد بين الهيئات المشحونة. وبعد عدة قرون، في عام 1785، نشر الفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستن دي كولوم العلاقة الرياضية الحقيقية بين جثتين مشحونتين كهربائيا، وأستنتج معادلة للصد أو قوة الجذب بينهما. هذه العلاقة الأساسية هي الأكثر شهرة باسم قانون كولوم .

مقارنة بين القوى الكهربائية والجاذبية

القوة الكهربائية وقوة الجاذبية هما القوتان اللامستان التي تمت مناقشتهما في برنامج دروس الفيزياء. تشبه معادلة قانون كولوم بشدة معادلة نيوتن للجاذبية العامة، وكلاهما له شكل مماثل للغاية ويظهر علاقة مربعة عكسية بين القوة والمسافة. تشير المعادلتان إلى أن القوة تتناسب مع ناتج الشحنات في حالة القوة الكهربائية والكتلة في حالة الجاذبية. ومع ذلك، هناك بعض الاختلافات الملفتة للنظر بين هاتين القوتين. أولا، تكشف المقارنة بين ثوابت التناسب أن ثابت قانون كولوم أكبر بكثير من ثابت الجاذبية العام لنيوتن. وبالإضافة إلى ذلك، فإن وحدة الشحن تجذب وحدة الشحن بقوة أكبر بكثير من وحدة الكتلة، في حين أن وحدة الكتلة تجذب فقط وحدة الشحن. قوى الجاذبية جذابة فقط، بينما القوى الكهربائية يمكن أن تكون جذابة أو مثيرة للاشمئزاة .

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 القوى التي نواجهها في تجربتنا اليومية والتي ليست جاذبية، هي بطبيعتها كهربائية، وقانون كولوم هو نتيجة دقيقة للرسوم الثابتة وليس تقريبا لبعض القوانين العليا. وهذا الأمر لا ينطبق فقط على الأجسام العادية، بل ينطبق أيضا 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، فإن قانون كولوم لا يعطي وصفا كاملا لتفاعلهم الكهرومغناطيسي، وبدلا من ذلك يجب إجراء تحليل أكثر اكتمالا .