Границы применимости закона Кулона

Существенным в законе Кулона является утверждение об обратной пропорциональности силы взаимодействия от квадрата расстояния между взаимодействующими зарядами. Кроме того, сила взаимодействия между двумя какими-либо зарядами не зависит от наличия третьего заряда, т. е. независимо от числа зарядов, входящих в систему, закон Кулона (в вышеприведенном виде) можно применять для вычисления силы взаимодействия любой пары.

Это утверждение является основой принципа суперпозиции сил. Принцип суперпозиции сил заключается в том, что сила, действующая на заряд, расположенный в любом месте системы электрических зарядов, является результирующей всех сил, действующих на данный заряд со стороны других зарядов.

Например, при наличии трех электрических зарядов (рис. 1.3) результирующая сила, действующая на один из них q, может быть определена так:

. (1.5)

Что касается закона обратной пропорциональности силы квадрату расстояния, то его экспериментальное подтверждение в определенном диапазоне расстояний можно считать завершенным (от 10^-10 м до нескольких км).

Однако имеются две области, в каждой из которых можно подозревать нарушение закона Кулона.

Первая область – область малых расстояний (<10^-10 м), где нет уверенности применения электромагнитной теории.

Вторая область – область больших расстояний (>10³ м). В этой области нет экспериментальных подтверждений справедливости закона Кулона. Хотя современная квантовая теория электромагнитного поля дает некоторые основания считать, что он справедлив в данном случае, т.к. при нарушении закона Кулона на больших расстояниях квант света (фотон) должен обладать небольшой массой покоя. Наличие конечной массы покоя у кванта света привело бы к некоторой зависимости скорости распространения электромагнитных волн в вакууме от длины волны, что не подтверждается экспериментально. Короткие электромагнитные волны (радиоволны) распространяются в вакууме со скоростью распространения световой волны.