Для нахождения силы взаимодействия между двумя точечными зарядами, находящимися в вакууме, используется закон Кулона. Этот закон гласит, что сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Математически закон Кулона записывается следующим образом:
[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} ]
где:
- ( F ) — сила взаимодействия между зарядами,
- ( k ) — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Кулона. В вакууме ( k \approx 8.99 \times 10^9 \,\text{Н·м}^2/\text{Кл}^2 ),
- ( q_1 ) и ( q_2 ) — величины зарядов,
- ( r ) — расстояние между зарядами.
Подставим данные значения в формулу:
- ( q_1 = 2 \times 10^{-7} \,\text{Кл} )
- ( q_2 = 1.5 \times 10^{-6} \,\text{Кл} )
- ( r = 20 \,\text{см} = 0.2 \,\text{м} ) (переведём сантиметры в метры)
Сначала найдём произведение зарядов:
[ |q_1 q_2| = (2 \times 10^{-7}) \times (1.5 \times 10^{-6}) = 3 \times 10^{-13} \,\text{Кл}^2 ]
Теперь подставим все значения в формулу закона Кулона:
[ F = 8.99 \times 10^9 \frac{3 \times 10^{-13}}{(0.2)^2} ]
Вычислим квадрат расстояния:
[ (0.2)^2 = 0.04 \,\text{м}^2 ]
Теперь подставим это значение в формулу:
[ F = 8.99 \times 10^9 \times \frac{3 \times 10^{-13}}{0.04} ]
Выполним деление:
[ \frac{3 \times 10^{-13}}{0.04} = 7.5 \times 10^{-12} ]
Теперь умножим это значение на постоянную Кулона:
[ F = 8.99 \times 10^9 \times 7.5 \times 10^{-12} ]
Выполним умножение:
[ F = 8.99 \times 7.5 \times 10^{-2} ]
[ F = 67.425 \times 10^{-2} ]
[ F = 0.67425 \,\text{Н} ]
Таким образом, сила взаимодействия между двумя точечными зарядами ( q_1 = 2 \times 10^{-7} \,\text{Кл} ) и ( q_2 = 1.5 \times 10^{-6} \,\text{Кл} ), находящимися на расстоянии ( 0.2 \,\text{м} ) друг от друга в вакууме, составляет приблизительно ( 0.674 \,\text{Н} ).