Mikä on Coulombin laki?

Coulombin laki fysiikassa kuvaa kahden varautuneen hiukkasen vuorovaikutusta. Siinä todetaan, että hiukkasten välinen voima riippuu yksittäisten varausten koosta ja niiden välisen etäisyyden neliöstä. Lailla on kaksi muotoa, joita kutsutaan skalaariksi ja vektorimuodoiksi, riippuen siitä, tarvitaanko vain voiman suuruus vai voiman suuruus ja suunta.

Coulombin laki on yksi tunnetuimmista sähköstaattisten yhtälöistä, joka on tutkimus siitä, kuinka sähköisesti varautuneet hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Sen löysi alun perin ranskalainen tiedemies Charles Augustin de Coulomb vuonna 1783. Ilman tätä löydöstä sähkö- ja magneettikenttien tieteellinen ymmärtäminen olisi ollut paljon vaikeampaa.

Coulombin lain perusmuodossa sanoissa sanotaan, että kahden hiukkasen välinen voima sähkövarauksella on verrannollinen kahden varauksen kertoimella jaettuna etäisyyden neliöllä. Tämä tarkoittaa, että hiukkaset, joilla on suurempi varaus, kohdistavat suurempaa voimaa toisiinsa kuin ne, joilla on heikompi varaus. On tärkeää huomata, että hiukkasten välisen voiman absoluuttisen arvon löytämiseksi tarvitaan vakio, joka tunnetaan nimellä “Coulombin vakio”.

Coulombin lain mukaan voima on kääntäen verrannollinen neliön etäisyyteen eikä vain itse etäisyyteen. Jos määrä on kääntäen verrannollinen toiseen, se tarkoittaa, että yhden koko pienenee toisen kasvaessa. Tämä tarkoittaa, että jos kahden hiukkasen välinen etäisyys kaksinkertaistuu, niiden välinen voima on neljä kertaa pienempi kuin vain kaksi kertaa. Syynä on se, että yhden hiukkasen sähkökenttä leviää pallon muotoon, mikä tarkoittaa, että mitä kauempana hiukkasesta, sitä heikompi voima.

Toinen tärkeä tekijä, joka on otettava huomioon Coulombin laissa, on se, että jos sitä käytetään vektorimuodossaan, mikä tarkoittaa, että sekä voiman koko että suunta sisältyvät, sitä voidaan käyttää sekä positiivisten että negatiivisten hiukkasten kanssa. Tuloksena on, että kaksi samantyyppistä varausta hylkää toisiaan, kun taas vastakkaista tyyppiä olevat houkuttelevat. Fyysikot käyttävät yleensä Coulombin lain vektorimuotoa laskelmissa, koska se antaa enemmän tietoa kunkin hiukkasen voimasta.

Hyödyllinen osa Coulombin lakia on, että sitä voidaan helposti soveltaa useampaan kuin kahteen partikkeliin. Tätä kutsutaan päällekkäisyyden laiksi, joka sanoo, että minkä tahansa hiukkasen kokonaisvoima on yksittäisten voimien summa. Voimien lisääminen tällä tavalla vaatii Coulombin lain vektorimuodon.