Come applicare la legge di Coulomb

In fisica, la forza di Coulomb, descritta dalla legge di Coulomb, è la forza esercitata dal campo elettrico su una carica elettrica. Si tratta della forza che agisce tra oggetti elettricamente carichi, ed è operativamente definita dal valore dell'interazione tra due cariche elettriche puntiformi e ferme nel vuoto. Dalla legge di Coulomb si rende visibile come all'interazione elettromagnetica sia associata una forza particolarmente intensa se confrontata con l'interazione gravitazionale: la forza elettrica tra un elettrone e un protone in un atomo d'idrogeno è 1039 volte superiore rispetto alla forza gravitazionale tra le due. Per facilitare la generazione di cariche elettrostatiche si utilizza solitamente un generatore elettrostatico; tra i più famosi si hanno l'elettroforo perpetuo ed il generatore di Van de Graaff. Lo sfruttamento pratico della forza esercitata tra le cariche elettriche avviene ad esempio con il propulsore ionico e il propulsore ionico elettrostatico, mentre il manifestarsi naturale o indotto di tale forza elettrica è visibile con l'effetto corona o il potere disperdente delle punte (tra cui i fuochi di Sant'Elmo). Nei passi della guida aseguire sarà illustrato come applicare la legge di Coulomb.

Considera due cariche elettriche puntiformi (due cariche si dicono puntiformi quando le loro dimensioni sono piccole rispetto alla loro distanza) che sono poste a distanza r una dall'altra. La legge enunciata da Coulomb stabilisce che la forza elettrostatica (di attrazione o repulsione) tra le due cariche è inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza e direttamente proporzionale al loro prodotto: F = (K · Q1· Q2) /r^2.

Il valore della costante di proporzionalità K dipende dal mezzo in cui sono collocate le cariche. Se devi risolvere un problema in cui le due cariche sono nel vuoto, il valore da sostituire a K nella formula è 8,99 ·10^9 N· m^2 /C^2. Tieni presente che il valore della forza con cui interagiscono due cariche in un mezzo isolante diverso dal vuoto (aria, acqua chimicamente pura, olio) è sempre inferiore a quello della forza con cui queste stesse cariche poste alla stessa distanza interagiscono quando si trovano nel vuoto.

Nel caso in cui le cariche siano di segno opposto la forza risultante è attrattiva e ha segno negativo. Se le cariche sono dello stesso segno, ovviamente, la forza F avrà segno negativo. Supponi di avere due cariche Q1 = 0,0002 C e Q2 = 0,003 C poste nel vuoto ad una distanza di 4 metri e che tu debba calcolare la forza di Coulomb con cui reagiscono le due cariche. Applicando la legge di Coulomb trovi: F = [(8,99 ·109)(0,0002) (0,003)]/16 = 3,37 · 10^2 N.