Какова скорость пылинки, имеющей положительный заряд 10^–11 Кл и массу 10^–6 кг, после перемещения на 4 см в однородном электрическом поле с напряженностью 10^5 В/м, если начальная скорость пылинки составляла 0,1 м/с?
Физика 10 класс Электрическое поле скорость пылинки положительный заряд масса пылинки электрическое поле напряжённость поля начальная скорость физика движение заряда
Для решения этой задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии и формулу для силы, действующей на заряженную частицу в электрическом поле.
Шаг 1: Найдем силу, действующую на пылинку.
Сила, действующая на заряд в электрическом поле, вычисляется по формуле:
F = q * E
где:
Подставим известные значения:
q = 10^(-11) Кл, E = 10^5 В/м.
Тогда:
F = 10^(-11) Кл * 10^5 В/м = 10^(-6) Н.
Шаг 2: Найдем ускорение пылинки.
Ускорение можно найти по второму закону Ньютона:
a = F / m
где:
Подставим известные значения:
m = 10^(-6) кг.
Тогда:
a = 10^(-6) Н / 10^(-6) кг = 1 м/с².
Шаг 3: Найдем время, за которое пылинка пройдет 4 см.
Известно, что начальная скорость пылинки v0 = 0,1 м/с, а расстояние s = 4 см = 0,04 м.
Используем уравнение движения с постоянным ускорением:
s = v0 * t + (1/2) * a * t².
Подставим значения:
0,04 = 0,1 * t + (1/2) * 1 * t².
Это уравнение можно привести к стандартному виду:
0,5 * t² + 0,1 * t - 0,04 = 0.
Теперь решим это квадратное уравнение с помощью дискриминанта:
D = b² - 4ac = (0,1)² - 4 * 0,5 * (-0,04) = 0,01 + 0,08 = 0,09.
Теперь найдем корни уравнения:
t = (-b ± sqrt(D)) / (2a) = (-0,1 ± sqrt(0,09)) / (2 * 0,5).
Корни будут:
t1 = (-0,1 + 0,3) / 1 = 0,2 с и t2 = (-0,1 - 0,3) / 1 = -0,4 с (отрицательное время отбрасываем).
Шаг 4: Найдем конечную скорость пылинки.
Теперь, зная время t, можем найти конечную скорость p:
v = v0 + a * t.
Подставим значения:
v = 0,1 м/с + 1 м/с² * 0,2 с = 0,1 м/с + 0,2 м/с = 0,3 м/с.
Ответ: Скорость пылинки после перемещения на 4 см составит 0,3 м/с.