Какое время t пройдет после начала падения шарика, если он ударится об одну из обкладок плоского воздушного конденсатора, создающего напряженность электрического поля E = 8000 В/м, при расстоянии между обкладками d = 8 см, и заряд и масса шарика составляют q = 8 мкКл и m = 15 г соответственно?

Физика 10 класс Электрические поля и силы время падения шарика электрическое поле конденсатор заряд шарика масса шарика расстояние между обкладками физика задачи по физике Новый

Чтобы решить эту задачу, нам нужно учитывать два момента: свободное падение шарика под действием силы тяжести и его движение в электрическом поле. Давайте разберем шаги решения по порядку.

Шаг 1: Определение сил, действующих на шарик

• Сила тяжести (Fg), действующая на шарик, рассчитывается по формуле: Fg = m * g, где g = 9.81 м/с² - ускорение свободного падения.
• Сила, действующая на шарик в электрическом поле (Fe), рассчитывается по формуле: Fe = q * E, где q - заряд шарика, а E - напряженность электрического поля.

Шаг 2: Подсчет сил

• Сначала преобразуем массу шарика в килограммы: m = 15 г = 0.015 кг.
• Теперь вычислим силу тяжести: Fg = 0.015 * 9.81 = 0.14715 Н.
• Теперь преобразуем заряд шарика в кулоны: q = 8 мкКл = 8 * 10^(-6) Кл.
• Теперь вычислим силу, действующую на шарик в электрическом поле: Fe = 8 * 10^(-6) * 8000 = 0.064 Н.

Шаг 3: Определение ускорения шарика

Учитывая, что на шарик действуют две силы (сила тяжести и электрическая сила), мы можем найти результирующее ускорение a шарика. Сначала найдем результирующую силу:

F = Fe - Fg (так как Fe направлена вверх, а Fg вниз).

• Результирующая сила: F = 0.064 - 0.14715 = -0.08315 Н.
• Теперь найдем ускорение: a = F / m = -0.08315 / 0.015 = -5.544 м/с².

Шаг 4: Определение времени падения

Теперь мы можем использовать уравнение движения для определения времени t, которое шарик будет падать до одной из обкладок конденсатора. Мы знаем, что расстояние d между обкладками равно 8 см (0.08 м).

Используем уравнение движения: d = V0 * t + (1/2) * a * t², где V0 - начальная скорость (в нашем случае V0 = 0, так как шарик начинает падение с покоя).

Упрощаем уравнение: 0.08 = (1/2) * (-5.544) * t².

Решим это уравнение относительно t²: t² = (0.08 * 2) / 5.544 и затем найдем t.

• t² = 0.0288
• t = √0.0288 ≈ 0.17 с.

Ответ: Время t, за которое шарик ударится об одну из обкладок плоского воздушного конденсатора, составляет примерно 0.17 секунды.