Материалы рубрики «Физика»

Американский физик опроверг закон Кулона

Американский физик опроверг закон Кулона
Всё, что вы якобы знаете об электростатике, может оказаться неверным

Задайте двум металлическим шарикам положительный заряд, поместите их рядом, и что произойдёт? Поскольку одноимённые заряды отталкиваются, они будут отталкивать друг друга, верно?

Неверно. По словам физика Джона Лекнера (John Lekner), вопреки тому, что подсказывают основы физики, они, скорее всего, будут притягиваться друг к другу.

Удивились даже эксперты. «Этот феномен был мне неизвестен, но, прочитав статью, я понял, что в этом что-то есть», — говорит инженер-химик Уильям Даккер (William Ducker). Другой специалист в этой области, Дэвид Грир (David Grier) из Нью-Йоркского университета признаёт, что казавшиеся поначалу «дикими» выводы заставили его и его коллег серьёзно задуматься.

Основным посылом к, казалось бы, странному заключению Лекнера послужило то, что шарики были электропроводящими. Это означает, что по их поверхностям заряд может распределяться неравномерно. В частности, область положительного заряда на одном шарике может привести к смещению и более тесному группированию положительного заряда на другом, а также образованию участка отрицательного (так называемого «отображённого») заряда – он и подвергнется притяжению. Вопрос состоит в том, как подобные изменения влияют на общую электростатическую энергию двух шариков и как по мере сближения шариков меняется сама энергия.

Ответ неочевиден, и единственный способ это выяснить — углубиться в математику. Проделав это, Лекнер установил, что по мере сближения шариков притяжение почти всегда побеждает. Находясь на достаточном расстоянии друг от друга, два шарика ведут себя как более или менее равномерно заряженные объекты, которые в случае одноимённого заряда отталкиваются. Но по мере их сближения они поляризуются, как было описано выше. На достаточно близком расстоянии возникает притяжение.

Если оба шарика обладают идентичным размером и зарядом, то неясно, который из них поляризует другой, и на практике, согласно расчетам Лекнера, не победит ни один из них: шарики будут продолжать отталкивать друг друга. Между шариками любого размера с равными зарядами, которые они приобрели бы, вступив в контакт, возникает отталкивание, однако шарики одинакового размера, обладающие одинаковыми же зарядами, — это особый случай.

Даккер и Грир согласны с тем, что после некоторых размышлений всё это не представляется таким уж странным. Собственно говоря, по словам Даккера, можно провести аналогию с тем, как две одноимённо заряженные поверхности или частицы способны с небольшого расстояния притягиваться друг к другу в солевом растворе, поскольку они притягивают к себе облако противоположно заряженных ионов – так называемый двойной электрический слой.

Источник: Филип Болл, Nature.com

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий