Дата: один тисячі сімсот вісімдесят чотири
Методи: кількісний експериментальний аналіз, використання крутильних ваг.
Прямота експерименту: безпосереднє вимірювання.
Штучність досліджуваних умов: фізична модель - гранично спрощений вид реально існуючого в навколишньому світі електростатичного взаємодії (взаємодія двох кульок).
Досліджувані фундаментальні принципи: лінійність електростатичного взаємодії
Як, напевно, знає сьогодні будь-який старшокласник, закон Кулона зовні виглядає аналогічно закону всесвітнього тяжіння : Сила взаємодії двох покояться точкових зарядів пропорційна їх величинам і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Проте, щоб встановити цю закономірність на досвіді, необхідно було дотримуватися зовсім інший експериментальної стратегії, ніж в досвіді Кавендіша по вимірюванню константи всесвітнього тяжіння (Більш того, досвід Кавендіша був проведений через 10 років після досвіду Кулона).
Дійсно, заряд, на відміну від маси, може мати два різних знака - більш того, кожне тіло складається з маленьких частинок, що мають протилежні заряди - електронів і ядер атомів. Цим пояснюється здатність тел поляризуватися під дією зовнішнього електричного поля. Електростатична поляризація тіла полягає в тому, що негативні заряди всередині тіла в середньому зсуваються щодо позитивних; тіло при цьому, як кажуть, набуває ненульовий електричний дипольний момент. У провідниках заряди можуть розділятися на макроскопічні відстані, в діелектриках ж поляризація відбувається на масштабах порядку атомних: центр електронної оболонки перестає збігатися з ядром атома.
Властивістю тіл поляризуватися в зовнішньому електричному полі пояснюється здатність заряджених тел притягувати незаряджені, наприклад, незаряджені волосся притягуються до екрану електронно-променевої трубки монітора, наелектризованої електронними ударами. З цієї причини виміряти безпосередньо силу кулонівської взаємодії між двома зарядженими кульками виявляється не таким простим завданням - в реальності кульки будуть притягатися до всіх частин експериментальної установки. Таким чином, в досвіді Кулона одна з основних цілей - це мінімізувати електростатичне взаємодія кульок не друг з одним, наблизити експеримент до моделі, яку описує закон Кулона (два точкових заряди у вакуумі). Нагадаємо, що перед Кавендишем стояла зовсім інше завдання - йому потрібно виділити надзвичайно слабке гравітаційне тяжіння на тлі інших чинників, що мають, однак, не гравітаційний характер.
Отже, перейдемо до досвіду, здійсненому Шарлем Кулоном (1736-1806) в 1784 році (див. Рис.). Це винайдені ним крутильні ваги, які через 10 років використовував в своєму досвіді Г. Кавендіш. Коромисло 1 було закріплено на шовкової нитки 2 в скляній посудині 3, з якого був відкачано повітря. На коромислі кріпився металева кулька 4, а на іншому кінці - противагу 5. Верхній кінець нитки кріпився за допомогою спеціального затиску до стрілки крутильного мікрометра 6 (див. Схему справа вгорі). У посудину через спеціальний отвір можна було поміщати другий кулька 7, і тоді через взаємодію кульок нитка закручувалася, і силу взаємодії можна було виміряти за повороту стрілки мікрометра. Кульки з певним зарядом Кулон готував, замикаючи два з них через металеву головку шпильки 8: при цьому електричний заряд кульок ділився навпіл. Це, при достатній акуратності, дозволяло отримувати кульки з різним ставленням зарядів. За допомогою своєї установки Ш. Кулон вимірював сили до 
Н, при цьому переконавшись, що сила відштовхування кульок обернено пропорційна квадрату відстані між ними і прямо пропорційна їх зарядів. У сучасному вигляді в системі одиниць СГС цей закон має вигляд:
де 
- величини точкових зарядів, 
- вектор від першого заряду до другого. У формулі вище записана сила, що діє на заряд 2 з боку заряду 1, тому знак «плюс» перед усім виразом відповідає відштовхуванню однойменних зарядів (пор. З законом всесвітнього тяжіння).
Кулон також встановив, що по відношенню до електростатичного взаємодії справедливий принцип суперпозиції: сила взаємодії кульки 1 з набором кульок 2 ... n дорівнює векторній сумі сил взаємодії його з кожним з цих кульок, описуються законом Кулона. Цей факт в сучасній фізиці вкрай важливий і пов'язаний з лінійністю електромагнітного поля при заданих зовнішніх зарядах і токах.
Необхідно відзначити, що крутильні ваги дійсно є приладом для вкрай точних вимірювань малих сил. Це пов'язано з тим, що при досить великій довжині нитки 
і досить малої її товщині 
відносна деформація речовини нитки при закручуванні останньої на кут 
становить 
навіть при великих кутах повороту. Це дозволяє зробити дуже чутливі крутильні ваги з великими кутами повороту нитки, залишаючись при цьому в лінійній області (описуваної законом Гука), в якій момент пружною крутильній деформації нитки пропорційний .
У сучасній фізиці закон Кулона розуміється як деревна наближення для сили взаємодії двох нескінченно важких покояться точкових зарядів. Іншими словами, такою була б сила електростатичного взаємодії, якби не народження і зникнення віртуальних пар частинок у вакуумі під дією кулонівського поля. Якщо ж врахувати ці, так звані радіаційні (або петльові) поправки, то сила кулонівської взаємодії на відстанях порядку класичного радіуса електрона ( 
) Стає сильнішою пророкує законом Кулона. Найважливішим спостережуваним наслідком цього ефекту є лембів зсув спектра атома водню, за експериментальне відкриття якого Уиллису Юджину Лемб в 1955 р була присуджена Нобелівська премія з фізики.
<< До попереднього експерименту | електродинаміка | До наступного експерименту >>
