Appunti di fisica: la forza di Coulomb

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Introduzione

Tutti i corpi della natura possono essere elettrizzati, con diversi mezzi, e assumere pertanto una carica elettrica positiva o negativa. Se due di tali corpi vengono messi uno in prossimità dell'altro, tra essi si eserciterà un'azione di tipo attrattivo o repulsivo. In questa guida saranno spiegati gli appunti di fisica che riguardano la forza di Coulomb, dal nome dello scienziato che l'ha scoperta, ossia Charles Augustin de Coulomb.

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Per studiare l'azione che due cariche elettriche si esercitano, Coulomb si servì di un dispositivo che prende il nome di 'bilancia di Coulomb', nella quale introdusse due piccole sfere abbastanza distanti tra loro, per cui le due cariche possono considerarsi puntiformi. Una delle due sferette è sospesa verticalmente mediante un filo, mentre l'altra è mobile, posta su un'asticciola che può ruotare orizzontalmente. Se le due sferette hanno cariche uguali, l'asticciola di quella mobile si sposta ruotando di un angolo che si può misurare.

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Se si ripete l'esperimento più volte mantenendo invariata la distanza tra le cariche, si nota che raddoppiando, triplicando ecc. L'una o l'altra carica la forza raddoppia, triplica ecc.; viceversa, se le cariche sono sempre le stesse e si raddoppia, si triplica ecc. La distanza tra esse la forza si riduce a un quarto, a un nono e così via. Infine, se sia le cariche elettriche delle sferette sia la loro distanza restano invariate, la forza varia in conseguenza del mezzo nel quale sono immerse le sferette (dielettrico).

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Questi risultati sperimentali portano a concludere che la forza che si esercita tra due corpi elettrizzati è direttamente proporzionale alla carica che possiedono e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. La formula che racchiude tutto ciò è la seguente: F = (k*q1*q2)/r^2, dove q1 e q2 sono le due cariche elettriche e r la loro distanza.
La forza è diretta lungo la congiungente le cariche e il verso dipende dal loro segno: se sono di segno opposto si attraggono, se sono di segno uguale si respingono.

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Il coefficiente k che compare nella formula rende conto delle proprietà fisiche del mezzo (dielettrico) nel quale si trovano le cariche elettriche. Questo mezzo può anche essere il vuoto, che rappresenta quindi il mezzo 'campione' con il quale si confrontano tutti gli altri dielettrici.
Per quanto riguarda le unità di misura, nel Sistema Internazionale (SI) la forza si misura in newton (N), la distanza in metri (m) e le cariche elettriche in coulomb (C), per cui k ha le dimensioni di (N*m^2)/C^2.

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