Чтобы понять, как изменится сила взаимодействия между зарядами при изменении одного из зарядов и расстояния между ними, можно использовать закон Кулона. Закон Кулона выражается формулой:
[ F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2} ]
где:
- ( F ) — сила взаимодействия между зарядами,
- ( k ) — коэффициент пропорциональности (электрическая постоянная),
- ( q_1 ) и ( q_2 ) — величины зарядов,
- ( r ) — расстояние между зарядами.
Рассмотрим два заряда ( q_1 ) и ( q_2 ), которые находятся на расстоянии ( r ) друг от друга. Для начального состояния сила взаимодействия между ними определяется как:
[ F_0 = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2} ]
Теперь предположим, что один из зарядов (например, ( q_1 )) увеличивается в 2 раза, то есть становится ( 2q_1 ). Также расстояние между зарядами уменьшается в 2 раза, то есть становится ( \frac{r}{2} ).
Подставим эти изменения в закон Кулона:
[ F' = k \frac{|(2q_1) \cdot q_2|}{\left(\frac{r}{2}\right)^2} ]
Упростим выражение для силы ( F' ):
[ F' = k \frac{2|q_1 \cdot q_2|}{\left(\frac{r}{2}\right)^2} ]
[ F' = k \frac{2|q_1 \cdot q_2|}{\frac{r^2}{4}} ]
[ F' = k \frac{2|q_1 \cdot q_2| \cdot 4}{r^2} ]
[ F' = k \frac{8|q_1 \cdot q_2|}{r^2} ]
Теперь сравним ( F' ) с начальной силой ( F_0 ):
[ F_0 = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2} ]
Таким образом, отношение новой силы ( F' ) к начальной силе ( F_0 ) будет:
[ \frac{F'}{F_0} = \frac{k \frac{8|q_1 \cdot q_2|}{r^2}}{k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}} ]
[ \frac{F'}{F_0} = \frac{8|q_1 \cdot q_2|}{|q_1 \cdot q_2|} ]
[ \frac{F'}{F_0} = 8 ]
Итак, сила взаимодействия между зарядами увеличится в 8 раз при удвоении одного из зарядов и уменьшении расстояния между зарядами в 2 раза.