Coulomb in quinta, liceo artistico

Fine settembre 2026: le lezioni sono iniziate da un paio di settimane e in quinta al liceo artistico il professore ha appena aperto il blocco di elettrostatica — carica, legge di Coulomb, e a seguire campo elettrico e potenziale. La prima verifica arriva fra quattro e sette settimane, quindi fra fine ottobre e i primi di novembre. È anche l’anno della maturità: giugno 2027 sembra lontanissimo, ma il programma che serve ad arrivarci comincia adesso, e in fisica si recupera male se si parte già indietro.

All’artistico fisica ha 2 ore a settimana, contro le 3 dello scientifico, e il programma è tarato di conseguenza: fisica concettuale, conti semplici, senza i problemi a più incognite che si vedono altrove. Quello che segue rispecchia esattamente questo taglio.

Perché conviene partire da qui con la testa al colloquio

Nel 2026 Fisica è stata una delle quattro discipline del colloquio d’esame all’artistico. Non so ancora se lo sarà anche nel 2027 — il decreto con le materie esce a gennaio, e oggi affermarlo sarebbe inventare un dato — ma vale la pena sapere fin da ora dove porta il filo che si apre in queste settimane: carica elettrica → campo elettrico → onde elettromagnetiche → luce → colore. È un collegamento che sta particolarmente bene a chi studia in un liceo artistico, perché tocca direttamente pittura e fotografia. La carica che studi oggi è il primo anello di quella catena, anche se il colore arriverà solo a maggio.

Carica elettrica: due segni, una quantità minima

La carica elettrica esiste in due tipi, che per convenzione chiamiamo positiva e negativa. Due cariche dello stesso segno si respingono, due di segno opposto si attraggono: è la prima cosa da automatizzare, perché in verifica basta un segno sbagliato per rovesciare la risposta.

La carica non è divisibile all’infinito: esiste una carica minima, quella dell’elettrone (o del protone, con segno opposto), $e = 1, 6 \times 1 0^{- 19} C$ . Ogni carica osservabile in natura è un multiplo intero di $e$ — si dice che la carica è quantizzata. In più, la carica si conserva: in un sistema isolato non si crea né si distrugge, si trasferisce da un corpo all’altro.

Elettrizzazione: strofinio, contatto, induzione

Un corpo neutro ha lo stesso numero di cariche positive e negative. Elettrizzarlo vuol dire alterare quell’equilibrio, e ci sono tre modi.

Per strofinio: due materiali diversi, strofinati insieme, si scambiano elettroni — uno ne cede, l’altro ne acquista. È il caso classico del palloncino strofinato sui capelli: il palloncino strappa elettroni ai capelli e si carica negativamente, i capelli restano carichi positivamente e per questo si attraggono a vicenda (e al palloncino).

Per contatto: un corpo carico tocca un corpo neutro, e parte della carica passa dal primo al secondo. I due corpi restano carichi dello stesso segno.

Per induzione: è il caso che sorprende di più, perché non serve nessun contatto. Se avvicini il palloncino carico (senza toccarlo) a un sottile filo d’acqua che scende dal rubinetto, il filo si piega verso il palloncino — eppure l’acqua è neutra. Succede perché il campo del palloncino carico riorganizza le cariche già presenti nell’acqua: le respinge da un lato e le attira dall’altro, senza spostarne nessuna verso l’esterno. Il lato del filo più vicino al palloncino si trova con un eccesso di carica di segno opposto al palloncino stesso, e viene attratto. Il materiale resta neutro nel complesso — la carica non è passata da nessuna parte — ma si è polarizzato: le cariche interne si sono solo riorganizzate.

Conduttori e isolanti

Nei conduttori (i metalli, prima di tutto) gli elettroni più esterni sono liberi di muoversi in tutto il materiale: una carica depositata in un punto si ridistribuisce su tutta la superficie in un istante. Negli isolanti (vetro, plastica, gomma) gli elettroni restano legati ai propri atomi e non si spostano: per questo, se strofini un righello di plastica in un punto solo, la carica resta lì, a chiazze, invece di diffondersi come farebbe su un conduttore.

La legge di Coulomb

La forza fra due cariche puntiformi $q_{1}$ e $q_{2}$ , a distanza $r$ , ha modulo

F = k \frac{∣ q _{1} q _{2} ∣}{r ^{2}}

con $k = 8, 99 \times 1 0^{9} N \cdot m^{2} / C^{2}$ . Tre cose da tenere ferme:

è una forza vettoriale: ha una direzione (la retta che unisce le due cariche) e un verso (attrattivo se le cariche hanno segno opposto, repulsivo se hanno lo stesso segno);
il valore assoluto al numeratore serve a calcolare il modulo della forza, che è sempre positivo: il segno che decide attrazione o repulsione va dedotto a parte, guardando i segni delle due cariche, non “portandolo dentro” al calcolo;
la forza dipende dall’inverso del quadrato della distanza: è la stessa forma della gravitazione universale, $F = G \frac{m _{1} m _{2}}{r ^{2}}$ .

Il confronto con la gravità: stessa forma, intensità incomparabile

Le due leggi si somigliano nella struttura ( $1/ r^{2}$ ), ma sono profondamente diverse. La gravità è sempre attrattiva, la forza di Coulomb può essere attrattiva o repulsiva a seconda dei segni. E l’intensità non è nemmeno vicina: fra due elettroni, la forza elettrica è circa $1 0^{42}$ volte più intensa della forza gravitazionale fra le stesse due masse. È per questo che, a livello di atomi e molecole, la gravità è semplicemente trascurabile: tutta la chimica, tutta la struttura della materia, è tenuta insieme da forze elettriche, non gravitazionali.

Che cosa succede se la distanza cambia

Questa è la domanda che torna in ogni verifica, in una forma o nell’altra: se la distanza raddoppia, la forza non si dimezza — si divide per $2^{2} = 4$ , perché la dipendenza è dal quadrato della distanza. Se la distanza si dimezza, la forza diventa 4 volte più grande. Se la distanza triplica, la forza si divide per 9. La regola generale: se $r$ diventa $n$ volte più grande, $F$ diventa $n^{2}$ volte più piccola.

Il principio di sovrapposizione

Se su una carica agiscono più cariche contemporaneamente, la forza totale è la somma vettoriale delle forze che ciascuna cariche eserciterebbe da sola, come se le altre non ci fossero. Non è una somma di numeri: bisogna tenere conto di direzione e verso di ciascun contributo.

La costante dielettrica del mezzo

Finora la costante $k$ vale nel vuoto (e, in pratica, anche nell’aria). Se le due cariche si trovano immerse in un altro mezzo — acqua, per esempio, o un materiale isolante — la forza fra loro risulta più debole, perché il mezzo si polarizza a sua volta e in parte “schermata” l’interazione. In formula si introduce una costante dielettrica relativa $ε_{r} > 1$ del mezzo, che divide la forza: più il mezzo è dielettrico, più la forza cala rispetto al vuoto. È un dettaglio da tenere presente per ora solo come idea qualitativa: i conti li fai sempre nel vuoto, salvo indicazione esplicita del testo.

Un primo sguardo al campo elettrico

La legge di Coulomb descrive la forza fra due cariche, ma è utile immaginare che ogni carica generi attorno a sé un campo elettrico, che esiste anche senza una seconda carica che lo “senta”. Il campo si rappresenta con linee di campo: escono dalle cariche positive ed entrano in quelle negative, più fitte dove il campo è più intenso. Sono le stesse linee che disegnerai fra qualche settimana per il potenziale elettrico — vale la pena abituare l’occhio fin da ora, perché all’artistico l’intuizione visiva aiuta più della formula.

Tre esercizi svolti

1. Forza fra due cariche note. Due cariche $q_{1} = 2 \times 1 0^{- 6} C$ e $q_{2} = 3 \times 1 0^{- 6} C$ distano $r = 0, 3 m$ . Calcola la forza fra loro.

F = k \frac{∣ q _{1} q _{2} ∣}{r ^{2}} = 8, 99 \times 1 0^{9} \times \frac{( 2 \times 1 0 ^{- 6} ) ( 3 \times 1 0 ^{- 6} )}{( 0 , 3 ) ^{2}}

Al numeratore: $(2 \times 1 0^{- 6}) (3 \times 1 0^{- 6}) = 6 \times 1 0^{- 12}$ . Al denominatore: $(0, 3)^{2} = 0, 09$ . Quindi

F = 8, 99 \times 1 0^{9} \times \frac{6 \times 1 0 ^{- 12}}{0 , 09} = 8, 99 \times 1 0^{9} \times 6, 67 \times 1 0^{- 11} \approx 0, 6 N

Le due cariche sono entrambe positive: la forza è repulsiva.

2. La distanza raddoppia. Stesse cariche dell’esercizio precedente, ma ora $r = 0, 6 m$ (il doppio di prima). Di quanto cambia la forza, senza rifare tutto il calcolo?

La distanza è raddoppiata, quindi la forza si divide per $2^{2} = 4$ :

F^{'} = \frac{F}{4} = \frac{0 , 6}{4} = 0, 15 N

3. Tre cariche allineate. Su una retta, nell’ordine, ci sono $q_{1} = + 4 \times 1 0^{- 6} C$ , poi a $0, 2 m$ di distanza $q_{2} = - 2 \times 1 0^{- 6} C$ (la carica centrale), poi a un altro $0, 2 m$ $q_{3} = + 4 \times 1 0^{- 6} C$ . Trova la forza risultante su $q_{2}$ .

La forza di $q_{1}$ su $q_{2}$ :

F_{1} = k \frac{∣ q _{1} q _{2} ∣}{r ^{2}} = 8, 99 \times 1 0^{9} \times \frac{( 4 \times 1 0 ^{- 6} ) ( 2 \times 1 0 ^{- 6} )}{( 0 , 2 ) ^{2}} = 8, 99 \times 1 0^{9} \times \frac{8 \times 1 0 ^{- 12}}{0 , 04} \approx 1, 8 N

$q_{1}$ è positiva e $q_{2}$ negativa: la forza è attrattiva, quindi $q_{2}$ viene tirata verso $q_{1}$ (verso sinistra, se $q_{1}$ è a sinistra).

La forza di $q_{3}$ su $q_{2}$ : stessa distanza, stesse cariche in modulo, quindi $F_{3} = 1, 8 N$ anch’essa, ma diretta verso $q_{3}$ (verso destra), perché anche $q_{3}$ è positiva e attrae $q_{2}$ negativa dall’altro lato.

Le due forze hanno stesso modulo e verso opposto: si annullano. La forza risultante su $q_{2}$ è zero. È un caso in cui il conto viene semplice apposta, per far vedere che la sovrapposizione è una somma di vettori e non di numeri: sommare $1, 8 + 1, 8 = 3, 6 N$ ignorando i versi sarebbe l’errore classico.

Errori tipici

Errore	Come te ne accorgi
Mettere i segni dentro il valore assoluto e ottenere una forza negativa	Il modulo di una forza non può essere negativo: se ti esce un numero negativo, hai sbagliato a trattare i segni
Sbagliare la potenza di dieci nel prodotto delle cariche	Riscrivi ogni carica come $a \times 1 0^{n}$ e moltiplica prima le $a$ , poi somma gli esponenti: non fidarti a occhio
Usare i centimetri al posto dei metri nella distanza	La costante $k$ è definita per $r$ in metri: converti sempre prima di sostituire nella formula
Sommare le forze come numeri invece che come vettori	Disegna sempre una freccia per ogni forza prima di sommare: se due forze hanno versi opposti, si sottraggono, non si sommano
Confondere carica e corrente	La carica ( $C$ ) è una quantità; la corrente ( $A = C / s$ ) è una carica che scorre nel tempo — sono due grandezze diverse, con simboli diversi

Una nota sulla simulazione collegata

La simulazione di verifica sull’elettrostatica sul sito è catalogata sotto la quarta, perché al liceo scientifico questo argomento si fa in quarta. All’artistico arriva in quinta, ma gli esercizi di elettrostatica sono identici — puoi usarla senza problemi per allenarti sulla carica e sulla legge di Coulomb. La parte di quella simulazione dedicata ai circuiti la incontrerai più avanti, a gennaio.

Se vuoi ripassare anche il resto del programma di fisica, trovi tutto in /materie/fisica/. E se vieni dall’indirizzo scientifico e cerchi lo stesso argomento con un taglio diverso — più conti, più incognite — il post gemello è Elettrostatica e circuiti: preparare la verifica di quarta, scritto per chi lo studia un anno prima e con un’ora in più a settimana. Se invece sei già passato per la prima verifica di fisica in terza artistico, il post su misure e cifre significative copre l’argomento che l’ha preceduta; e per la matematica dello stesso indirizzo c’è numeri, frazioni e potenze in prima.

Se vuoi una mano a impostare questo blocco prima della verifica di fine ottobre, la prima chiamata conoscitiva è gratuita e dura mezz’ora.

Elettrostatica e legge di Coulomb in quinta all'artistico