Вопрос школьника
В горизонтальное однородное электрическое поле напряжённостью Е = 2 кВ/м внесли маленький заряженный шарик массой m = 2,8 г, подвешенный на нити. Нить отклонилась на угол α = 450. Чему равен заряд шарика?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон Кулона, который гласит, что сила взаимодействия между двумя точечными зарядами пропорциональна их зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
F = k * q1 * q2 / r^2,
где F — сила взаимодействия, k — постоянная Кулона, q1 и q2 — заряды точечных зарядов, r — расстояние между ними.
В данной задаче мы имеем заряженный шарик, который находится в горизонтальном однородном электрическом поле. При этом на шарик действует сила тяжести, направленная вниз, и сила электрического поля, направленная вверх. Шарик находится в равновесии, поэтому сумма этих сил равна нулю:
Fт = Fэ,
где Fт — сила тяжести, Fэ — сила электрического поля.
Сила тяжести определяется формулой:
Fт = m * g,
где m — масса шарика, g — ускорение свободного падения.
Сила электрического поля определяется формулой:
Fэ = q * E,
где q — заряд шарика, E — напряженность электрического поля.
Подставляя эти выражения в уравнение равновесия, получаем:
m * g = q * E,
откуда можно выразить заряд шарика:
q = m * g / E.
Значение ускорения свободного падения на Земле принимается равным 9,81 м/с^2. Подставляя известные значения, получаем:
q = 2,8 г * 9,81 м/с^2 / 2 кВ/м = 0,0137 мкКл.
Ответ: заряд шарика равен 0,0137 мкКл.
