Forza di Coulomb

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La forza di Coulomb, descritta dalla legge di Coulomb, è l'interazione presente tra due corpi elettricamente carichi.

Fino alla metà del diciottesimo secolo, erano noti solo gli aspetti qualitativi della forza elettrica: gli scienziati, quindi, iniziarono a studiarne anche le proprietà quantitative, così che si fece strada l'idea di una somiglianza con la forza di gravità, ovvero una proporzionalità inversa con il quadrato della distanza. Tra il 1777 e il 1785 fu Charles Augustin de Coulomb a provare sperimentalmente che effettivamente la forza elettrica era proporzionale all'inverso del quadrato della distanza.

Questo è stato il primo tentativo di capire il funzionamento della forza elettrica.

La legge esprime, quindi, quantitativamente l'interazione tra due cariche elettriche puntiformi e ferme nel vuoto.

Legge di Coulomb, cariche dello stesso segno di respingono, cariche di segno opposto si attraggono reciprocamente.

Considerando q₁ e q₂ come cariche puntiformi interagenti nelle posizioni r₁ e r₂, la forza elettrostatica esercitata da una particella carica q₁ su una carica q₂ vale:

$\vec F = k q_1 q_2 \frac {\vec r_1 - \vec r_2}{\left \| \vec r_1 - \vec r_2 \right \|^3}$

dove k è la costante di Coulomb. Se $d=\left\|\vec r_1-\vec r_2\right\|$ è la distanza tra le cariche, il modulo della forza è:

$F = k \frac {|q_1| |q_2|}{d^2}$

dove k è la costante di Coulomb ed è pari a:

$k = \frac {1}{4 \pi \varepsilon_0}=\frac{\mu_0 c}{4\pi} = 8,99 \cdot 10^{9}\ \mathrm{N m^2 C^{-2}}$

con ε₀ la costante dielettrica del vuoto, il cui valore è:

$\varepsilon_0 = 8,85 \cdot 10^{-12}\ \mathrm{C^2 m^{-2} N^{-1}}$

La legge dice che la forza tra due cariche è proporzionale al loro prodotto, e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Sperimentalmente si è verificato che la deviazione dell'esponente dal valore teorico 2 è minore di circa 10^-16.^[1] La direzione della forza è diretta come la congiungente delle due cariche, è repulsiva nel caso le cariche abbiano segno uguale, repulsiva altrimenti.