КУЛО́НА ЗАКО́Н

КУЛО́НА ЗАКО́Н, один из осн. за­ко­нов элек­тро­ста­ти­ки, оп­ре­де­ля­ет си­лу взаи­мо­дей­ст­вия в ва­куу­ме двух не­под­виж­ных то­чеч­ных за­ря­дов $q_1$и $q_2$, раз­ме­ры ко­то­рых пре­неб­ре­жи­мо ма­лы по срав­не­нию с рас­стоя­ни­ем ме­ж­ду ни­ми. К. з. за­да­ёт­ся вы­ра­же­ни­ем $$\boldsymbol F_{1,2}=k\frac{q_1q_2}{r_{1,2}^2}\frac{\boldsymbol r_{1,2}}{r_{1,2}},$$ где $\boldsymbol F_{1,2}$ – си­ла, с ко­то­рой за­ряд $q_1$ дей­ст­ву­ет на за­ряд $q_2$, $r_{1,2}$ – век­тор, про­ве­дён­ный от за­ря­да $q_1$ к за­ря­ду $q_2$, $r_{1,2}$ – ве­ли­чи­на это­го век­то­ра, рав­ная рас­стоя­нию ме­ж­ду за­ря­да­ми, $𝑘$ – чис­лен­ный ко­эф., за­ви­ся­щий от вы­бо­ра еди­ниц из­ме­ре­ний. В сис­те­ме еди­ниц Га­ус­са $𝑘= 1$; в СИ $𝑘=1/(4πε_0)$, где $ε_0$ – элек­трич. по­сто­ян­ная. Си­ла, с ко­то­рой за­ряд $q_2$ дей­ст­ву­ет на за­ряд $q_1$, рав­на по ве­ли­чи­не и про­тиво­по­лож­на по на­прав­ле­нию си­ле $\boldsymbol F_{1,2}$ и так­же ле­жит на пря­мой, со­еди­няю­щей то­чеч­ные за­ря­ды $q_1$ и $q_2$. За­ря­ды од­но­го зна­ка от­тал­ки­ва­ют­ся, а раз­ных зна­ков – при­тя­ги­ва­ют­ся друг к дру­гу. Ес­ли за­ря­ды по­мес­тить в од­но­род­ный ди­элек­трик с ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­стью $ε,$ то по срав­не­нию с ва­куу­мом си­ла взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду за­ря­да­ми умень­шит­ся в $ε$ раз. Из К. з. сле­ду­ет, что по­тен­ци­аль­ная энер­гия взаи­мо­дей­ст­вия двух за­ря­дов про­пор­цио­наль­на $r_{1,2}^{-1}$. След­ст­ви­ем и обоб­ще­ни­ем К. з. яв­ля­ет­ся Га­ус­са тео­ре­ма

, вхо­дя­щая в сис­те­му Мак­свел­ла урав­не­ний

 >>

, яв­ляю­щих­ся осн. урав­не­ния­ми клас­сич. элек­тро­ди­на­ми­ки.

К. з. от­крыт в 1785 Ш. Ку­ло­ном

с по­мо­щью изо­бре­тён­ных им кру­тиль­ных ве­сов

 >>

. Бо­лее точ­но об­рат­ная про­пор­цио­наль­ность си­лы взаи­мо­дей­ст­вия за­ря­дов квад­ра­ту рас­стоя­ния ме­ж­ду ни­ми про­ве­ря­лась Ку­ло­ном при ис­сле­до­ва­нии пе­рио­да ко­ле­ба­ний го­ри­зон­таль­но­го стерж­ня с за­ря­дом на кон­це, по­ме­щён­но­го на разл. рас­стоя­ни­ях от за­ря­жен­но­го ша­ра. Ещё рань­ше (1772) за­кон об­рат­ных квад­ра­тов ус­та­но­вил в сво­ей не­опуб­ли­ко­ван­ной ра­бо­те Г. Ка­вен­диш

 >>

, про­ве­ряя по­лу­чен­ное им след­ст­вие это­го за­ко­на – от­сут­ст­вие элек­тро­ста­тич. по­ля внут­ри за­ря­жен­ной ме­тал­лич. сфе­ры. По­сле­дую­щие экс­пе­ри­мен­ты по ме­то­ду Ка­вен­ди­ша уточ­ни­ли, что по­ка­за­тель сте­пе­ни $r_{1,2}$ в К. з. не мо­жет от­ли­чать­ся от –2 бо­лее чем на 6·10^–16.

Из экс­пе­ри­мен­тов по рас­сея­нию $α$-час­тиц сле­ду­ет, что К. з. не на­ру­ша­ет­ся вплоть до рас­стоя­ний 10^–12 см, но в этой об­лас­ти про­стран­ст­вен­ных мас­шта­бов дей­ст­ву­ют за­ко­ны кван­то­вой фи­зи­ки. К. з. мож­но счи­тать од­ним из пре­дель­ных след­ст­вий кван­то­вой элек­тро­ди­на­ми­ки

(КЭД), по­это­му спра­вед­ли­вость пред­ска­за­ний КЭД од­но­вре­мен­но слу­жит под­твер­жде­ни­ем К. з. Экс­пе­ри­мен­ты по ан­ни­ги­ля­ции элек­тро­нов и по­зи­тро­нов по­ка­за­ли, что КЭД и, сле­до­ва­тельно, К. з. ос­та­ют­ся спра­вед­ли­вы­ми при умень­ше­нии рас­стоя­ний ме­ж­ду за­ря­да­ми вплоть до 10^–18 м.

К. з. на­зы­ва­ет­ся и ус­та­нов­лен­ный Ку­ло­ном за­кон, оп­ре­де­ляю­щий си­лу взаи­мо­дей­ст­вия двух маг­нит­ных по­лю­сов [ре­аль­но (из-за от­сут­ст­вия в при­ро­де отд. маг­нит­ных по­лю­сов) – ближ­них кон­цов двух длин­ных маг­ни­тов]: $F=fm_1m_2/(μr^2)$, где $m_1$ и $m_2$ – т. н. маг­нит­ные за­ря­ды, $μ$ – маг­нит­ная про­ни­цае­мость сре­ды, $f$ – ко­эф., за­ви­ся­щий от вы­бо­ра сис­те­мы еди­ниц.

Тер­мин «К. з.» при­ме­ня­ет­ся так­же к ус­та­нов­лен­ным Ку­ло­ном за­ко­нам, опи­сы­ваю­щим си­лу тре­ния сколь­же­ния: $\boldsymbol F=–μN\boldsymbol V/V$ ($μ$ – ко­эф. тре­ния сколь­жения, $\boldsymbol V$ – ско­рость сколь­же­ния те­ла от­но­си­тель­но по­верх­но­сти, $N$ – си­ла нор­маль­ной ре­ак­ции опо­ры), а так­же мо­мент си­лы тре­ния ка­че­ния: $M=fN/R$ ($f$ – ко­эф. тре­ния ка­че­ния, $R$ – ра­ди­ус ка­тя­ще­го­ся те­ла).