Неопределенный электрический объект. Ампер. Классическая электродинамика. (Агиляр) - страница 6

F = G∙m∙M/d²,

где G — постоянная всемирного тяготения, которая в данном случае не зависит от среды. Ньютон опубликовал этот результат веком раньше, в 1687 году. Закон Кулона, таким образом, используется для изучения взаимодействия электростатических зарядов, а закон Ньютона — для описания взаимодействия масс, в нем действует только сила притяжения. Есть соблазн подумать, что между этими двумя выражениями существует некоторое сходство, как в случае отталкивания зарядов, так и в случае их притяжения. Важным было наблюдение, что сила взаимодействия уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Это открытие занимало умы ученых более века. XVII век был веком тяготения, XVIII — веком электростатики, XIX — веком электромагнетизма и электродинамики. Когда Кулон придумал свои крутильные весы, Амперу было два года. Он вырос и стал первым ученым, корректно использовавшим закон обратных квадратов в области магнетизма. Также Ампер впервые предположил, что электричество и магнетизм являются двумя сторонами одной медали.

Между одноименными зарядами действует сила отталкивания, между разноименными — сила притяжения.

Сегодня взаимодействия в природе обычно делят на четыре вида: гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное и сильное ядерное. Во времена Ампера было известно гравитационное взаимодействие, а также считалось, что существует электрическое взаимодействие и магнитное взаимодействие. Ученые искали соответствия между гравитационными, электрическими и магнитными силами. Интересно сравнить силу притяжения двух протонов, а потом — силу их отталкивания. Несмотря на очевидное сходство используемых законов, опыты показывают, что различия значительны. Два протона находятся на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме. Масса протона равна 1, 67∙10^>-27 кг, его заряд равен 1, 6∙10^>-19 К, гравитационная постоянная G равна 6, 67∙10^>-11 Н∙м²/кг² и электрическая постоянная в вакууме k равна 9∙10^>9 Н∙м²/K². Благодаря этим данным получаем

Fg = G (m^>p+∙m^>p+)/d² = 6, 67∙10^>-11 Н∙м²/кг²∙(1, 67∙10^>-27 кг∙1, 67∙10^>-27 кг)/1м² = 1.9∙10^>-64 H

Fe = k(q^>p+∙q^>p+)/d² = 9∙10^>9 Н∙м²/кг²∙(1, 6∙10^{>-19 кг}∙1, 6∙10^{>-19 кг})/1м = 2.3∙10^>-28 H

Если разделить электрическую силу на гравитационную, получим

Fe/Fg = 2.3∙10^>-28 H/1.9∙10^>-64 H = 1.2∙10^>36.

Электрическая сила отталкивания между двумя протонами на расстоянии 1 м больше в 1, 2∙10^>36 раз гравитационной силы между ними. Другими словами, электростатическое взаимодействие удивительным образом больше взаимодействия гравитационного.

Однако вернемся к генеалогии Андре-Мари Ампера. Каменщик по имени Клод Ампер обосновался в Лионе в середине XVII века. Его сын Жан Жозеф Ампер некоторое время следовал по пути отца, а затем решил стать торговцем.