Bài Tập Về Định Luật Coulomb

Định luật Coulomb là một trong những khái niệm nền tảng của điện học, mô tả lực tương tác giữa các điện tích điểm. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản về định luật Coulomb và hướng dẫn cách giải các bài tập liên quan.

Định Luật Coulomb Là Gì?

Định luật Coulomb, được phát hiện bởi nhà vật lý người Pháp Charles-Augustin de Coulomb vào năm 1785, phát biểu rằng:
“Lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỷ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.”

Công Thức Định Luật Coulomb

Công thức toán học biểu diễn định luật Coulomb như sau:

F = k (|q1 q2|) / r^2

Trong đó:

F là lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm (đơn vị là Newton – N)
k là hằng số điện môi (k ≈ 9 × 10^9 N⋅m^2/C^2)
q1, q2 lần lượt là độ lớn của hai điện tích điểm (đơn vị là Coulomb – C)
r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm (đơn vị là mét – m)

Hướng Của Lực Tương Tác Tĩnh Điện

Nếu hai điện tích cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm), lực tương tác giữa chúng là lực đẩy.
Nếu hai điện tích trái dấu, lực tương tác giữa chúng là lực hút.

Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Lực Tương Tác Coulomb

Độ lớn của điện tích: Lực tương tác tĩnh điện tỷ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích. Điện tích càng lớn, lực tương tác càng mạnh.
Khoảng cách giữa hai điện tích: Lực tương tác tĩnh điện tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích. Khoảng cách càng lớn, lực tương tác càng yếu.
Môi trường xung quanh: Hằng số điện môi k phụ thuộc vào môi trường xung quanh hai điện tích.

Ứng Dụng Của Định Luật Coulomb

Định luật Coulomb có nhiều ứng dụng quan trọng trong khoa học và kỹ thuật, ví dụ như:

Giải thích hiện tượng tĩnh điện: Định luật Coulomb giúp giải thích tại sao tóc bị dựng đứng khi chải đầu, tại sao bóng bay cọ xát vào áo len lại có thể hút được các vật nhỏ,…
Thiết kế các thiết bị điện tử: Định luật Coulomb là cơ sở cho việc thiết kế các thiết bị điện tử như tụ điện, transistor,…
Nghiên cứu cấu trúc nguyên tử: Định luật Coulomb giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về lực tương tác giữa các hạt mang điện trong nguyên tử, từ đó nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật chất.

Bài tập 1: Hai điện tích điểm q1 = +2 μC và q2 = -4 μC đặt cách nhau một khoảng r = 10 cm trong chân không. Tính lực tương tác giữa hai điện tích.

Giải:

Đổi đơn vị: q1 = 2 × 10^-6 C, q2 = -4 × 10^-6 C, r = 0.1 m.
Áp dụng công thức định luật Coulomb:
F = k (|q1 q2|) / r^2 = 9 × 10^9 (|2 × 10^-6 (-4) × 10^-6|) / (0.1)^2 = 7.2 N.

Vậy lực tương tác giữa hai điện tích là lực hút có độ lớn 7.2 N.

Bài tập 2: Ba điện tích điểm q1 = q2 = q3 = +1 μC được đặt tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh a = 10 cm trong chân không. Tính lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích bất kỳ.

Giải:

bài tập định luật coulomb

Lực tương tác giữa q1 và q2 có độ lớn: F12 = k (|q1 q2|) / a^2 = 9 × 10^9 * (10^-6)^2 / (0.1)^2 = 0.9 N.
Lực tương tác giữa q1 và q3 có độ lớn: F13 = F12 = 0.9 N.
Lực tổng hợp tác dụng lên q1 là tổng hợp lực vector của F12 và F13.
Vì tam giác đều nên góc giữa F12 và F13 là 60 độ.
Độ lớn lực tổng hợp: F = √(F12^2 + F13^2 + 2 F12 F13 cos60°) = √3 F12 = 1.56 N.

Vậy lực tổng hợp tác dụng lên q1 có độ lớn 1.56 N.

Kết Luận

Bài viết đã cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản về định luật Coulomb, công thức tính toán, hướng của lực và các yếu tố ảnh hưởng. Hy vọng bạn có thể vận dụng những kiến thức này để giải quyết các bài tập liên quan.

Bạn có câu hỏi nào về bài tập về định luật Coulomb không?

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp:

Làm thế nào để xác định dấu của lực tương tác tĩnh điện?
Hằng số điện môi k thay đổi như thế nào trong các môi trường khác nhau?
Làm cách nào để tính lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích bởi nhiều điện tích khác?
Có những yếu tố nào khác ảnh hưởng đến lực tương tác Coulomb ngoài những yếu tố đã nêu?
Định luật Coulomb có áp dụng được cho điện tích phân bố đều trên một vật thể không?

Tìm hiểu thêm về:

Hãy liên hệ với chúng tôi nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc cần hỗ trợ thêm về Bài Tập Về định Luật Coulomb.

Số Điện Thoại: 0936238633
Email: [email protected]
Địa chỉ: 408 An Tiêm, Hà Khẩu, Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam.

Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn 24/7!