Свои опыты сам Кулон описывает следующим образом: «Заряжают маленький проводник, который представляет собой не что иное, как обыкновенную булавку с большой головкой, воткнутую в палочку сургуча. Эту булавку вдвигают в отверстие прибора и приводят в соприкосновение с одним шариком, который в свою очередь касается другого шарика. После удаления булавки оба шарика имеют одинаковые заряды и отталкиваются на некоторое расстояние, которое измеряют, отмечая соответствующее деление шкалы. Вращая затем указатель головки в направлении стрелки, закручивают нить подвеса и замечают те расстояния, до которых сближаются шарики при разных углах закручивания нити. Сравнивая затем различные значения силы кручения с соответствующими им расстояниями между шариками, получают закон отталкивания».
Поступая подобным образом, Кулон решил первую часть задачи: он нашел закон, определяющий зависимость силы
Рис. 19. Крутильные весы Кулона: а) общий вид; б) головка прибора; в) проводник для нанесения заряда на шарик
29
электрического взаимодействия от расстояния между телами. Оказалось, что сила отталкивания двух маленьких одноименно заряженных шариков обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами обоих шариков *). Если обозначить через F силу отталкивания, через r — расстояние между шариками, то этот результат можно записать математически так: F~l/r2 (знак ~ обозначает «пропорционально»). Точно такие же результаты были получены для разноименных зарядов, только в этом случае наблюдается притяжение.
Труднее было выяснить, каким образом влияют на силу взаимодействия заряды, потому что не было способа их измерения. Можно было, однако, поступить так: сообщить шарикам одноименные заряды q1 и q2 (пока неизвестные), установить оба шарика на определенном расстоянии и измерить угол закручивания нити, затем коснуться, скажем, первого шарика таким же третьим шариком и удалить его. При соприкосновении одинаковых шариков заряд распределится между ними поровну, так что на шарике, которого коснулись, останется заряд q1/2. Теперь будет наблюдаться взаимодействие зарядов q1/2 и q2. Поступая таким образом и дальше, можно было делить заряды любого из шариков и измерять соответствующие силы взаимодействия.
Подобные опыты привели Кулона к установлению следующего закона.
Сила взаимодействия двух точечных зарядов направлена вдоль прямой линии, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению обоих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. далее