LA FORZA DI COULOMB:
un’introduzione
Lezioni d'Autore
di Claudio Cigognetti
VIDEO
INTRODUZIONE


(I)
Le prime osservazioni documentate al proposito, un pezzo
di sughero posto all’interno di un contenitore di argento
carico dovute a Benjamin Franklin nel 1755, portarono
Joseph Priestley a pubblicare nel 1767 l’ipotesi che la forza
elettrica avesse la stessa dipendenza della distanza come
quella esplicitata da Newton per la forza gravitazionale.
In termini moderni, la forza di Newton dovuta a un guscio
sferico porta all’esterno del corpo alla legge 1/r2 (con r
distanza del punto dal centro del guscio), mentre,
all’interno dello stesso, per questioni di simmetria, i diversi
contributi alla forza delle piccole masse si elidono.
INTRODUZIONE


(II)
Gli esperimenti settecenteschi di zero, di John Robinson e
Henry Cavendish, precedettero le misure dirette di
attrazione e repulsione realizzate dall’ufficiale del genio
militare francese Charles-Augustin de Coulomb, ma non
furono dati alle stampe.
In particolare le ricerche di Cavendish costituirono, grazie
alla pubblicazione postuma di James Clerck Maxwell e ai
trattati di elettromagnetismo del fisico scozzese, un
riferimento per la verifica della legge dell’inverso del
quadrato della distanza. Gli aspetti qualitativi del metodo di
Cavendish sono riconducibili agli emisferi associati al suo
nome.
INTRODUZIONE

(III)
Quelli quantitativi sono esplicitati in
chiave moderna con uno schema di
due sfere conduttrici aventi lo
stesso centro di raggi R1 e R2,
collegate tra di loro tramite un
microvoltmetro. Applicando un
potenziale alla superficie esterna del
conduttore di dimensioni maggiori si
controlla che DV rimanga uguale a
zero. Una piccolissima deviazione
del potenziale dal valore centrale
comporterebbe una variazione della
forza elettrica dalla legge r-2 alla
nuova forma r-2+q, con il valore
numerico q molto più piccolo di due.
INTRODUZIONE

(IV)
Poiché dallo schema precedente si
dimostra che la differenza di
potenziale è uguale al prodotto di q
per una funzione del rapporto R1/R2
(avente un massimo per R1=0 e un
minimo per R1 tendente a R2), si
può valutare l’errore sulla misura di
DV e quindi calcolare il piccolo
parametro q.
INTRODUZIONE



( V)
Dal punto di vista odierno, le misure di Cavendish nel
1773 portano a una valutazione di q dell’ordine di
1/50. Nell’esperimento migliorato di Maxwell del
1873 questo valore è inferiore a 1/21600.
Altri cent’anni dopo, negli anni Ottanta del secolo
scorso, si valutava q dell’ordine di 10-16.
Nello stesso periodo la verifica sperimentale della
legge di Coulomb toccò anche il problema della sua
validità alle basse temperature e in tempi molto più
recenti l’applicabilità a piccolissime distanze.
INTRODUZIONE



(VI)
L’interesse per questo tema nel Novecento fu
accompagnato dall’interpretazione quantistica
dell’interazione tra cariche mediata dal quanto del
campo di radiazione: il fotone.
Nel caso elettrostatico, una deviazione della legge di
Coulomb determinava, dal punto di vista quantistico,
l’attribuzione di un valore diverso da zero alla massa
di riposo del fotone m0 e una finitezza del raggio
d’interazione della forza. A partire dal limite di q si
poteva allora calcolare il valore estremale della
massa del fotone.
Oggi il tema, riconducibile alle modifiche delle
equazioni di Maxwell secondo un piccolo parametro,
ha una ristretta schiera di cultori.
FINE