Prawo Coulomba – zadanie nr 6

Dwie jednakowe piłeczki ping-pongowe pokryte przewodzącą farbą zawieszono na jedwabnych niciach w niewielkiej odległości od siebie i naelektryzowano ładunkami +4Q  oraz +2Q .
a) co się stanie z tymi kulkami?,
b) jaki końcowy ładunek będzie się znajdował na kulkach po ich zetknięciu?

Przypadek a)

Aby odpowiedzieć na pytanie z podpunktu a) odnieśmy się do teorii oddziaływań elektrostatycznych. Jeżeli dwa ciała naładowane są ładunkiem tego samego znaku (mówimy: naładowane jednoimiennie), wówczas oddziaływanie elektrostatyczne występujące pomiędzy nimi ma charakter odpychający (przykład: dwa protony, dwa elektrony). W przeciwnym wypadku tj. gdy dwa ciała naładowane są ładunkiem o przeciwnych znakach (mówimy: naładowane różnoimiennie), oddziaływanie występujące pomiędzy ciałami ma charakter przyciągający (przykład: elektron i proton).

Zgodnie z treścią zadania kuleczki ping-pongowe naelektryzowane są ładunkami o wartościach +4Q  oraz +2Q . Ładunki te są tego samego znaku, a więc zgodnie z teorią kulki te będą się od siebie odpychać (innymi słowy: oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy kulkami będzie miało charakter odpychający).

Przypadek b)

Aby odpowiedzieć na pytanie z podpunktu b) skorzystamy z zasady zachowania ładunku. Zgodnie z tą zasadą całkowity ładunek dowolnego układu ciał, bez względu na rodzaj oddziaływań zachodzących w takim układzie, pozostaje stały. Oznacza to, że w momencie zetknięcia piłeczek ping-pongowych całkowity ładunek zgromadzony na ich powierzchni, równy +4Q  + 2Q  = + 6Q , nie ulegnie zmianie.

Jak wynika z treści zadania piłeczki ping-pongowe są takich samych rozmiarów, a więc po ich zetknięciu ładunek zgromadzony na każdej z piłeczek będzie przyjmować jednakową wartość równą:

$$\frac{+ 4 \hspace{.05cm} Q + 2 \hspace{.05cm} Q}{2} = 3 \hspace{.05cm} Q$$