Решите пожалуйста!!! В вертикальном однородном электрическом поле с напряженностью 400 кВ/м равномерно вращается шарик массой 0,1 г и положительным зарядом 2 нКл, который подвешен на нити длиной 1 м. Нить отклонена от вертикали на угол 30 градусов. Какова кинетическая энергия шарика?

Физика 10 класс Электрические поля и силы электрическое поле кинетическая энергия заряд масса угол отклонения нить физика решение задачи Новый

Для решения этой задачи нам необходимо учитывать несколько факторов: силу тяжести, силу электрического поля и угловое положение шарика. Давайте разберем решение шаг за шагом.

Шаг 1: Определим силы, действующие на шарик.

• Сила тяжести (F_t):

  F_t = m * g,

  где m - масса шарика, g - ускорение свободного падения (примерно 9,81 м/с²).

• Сила электрического поля (F_e):

  F_e = q * E,

  где q - заряд шарика, E - напряженность электрического поля.

Шаг 2: Подсчитаем силы.

• Масса шарика:

  m = 0,1 г = 0,0001 кг.

• Сила тяжести:

  F_t = 0,0001 кг * 9,81 м/с² = 0,000981 Н.

• Заряд шарика:

  q = 2 нКл = 2 * 10^(-9) Кл.

• Напряженность электрического поля:

  E = 400 кВ/м = 400000 В/м.

• Сила электрического поля:

  F_e = 2 * 10^(-9) Кл * 400000 В/м = 0,0008 Н.

Шаг 3: Определим результирующую силу.

Шарик находится в равновесии, поэтому проекции сил на вертикальную и горизонтальную оси должны быть равны. Мы можем записать уравнения для вертикальной и горизонтальной компонент.

• Вертикальная компонента:

  F_t = F_e * sin(30°).

• Горизонтальная компонента:

  F_e = F_t * cos(30°).

Шаг 4: Найдем скорость шарика.

Кинетическая энергия (K.E.) шарика определяется формулой:

K.E. = 0.5 * m * v².

Для нахождения скорости v, используем закон сохранения энергии или уравнение движения. У нас нет информации о времени, но мы можем предположить, что шарик движется по круговой траектории, и его скорость можно выразить через радиус и угловую скорость.

Поскольку шарик отклонен на угол 30°, радиус окружности, по которой он движется, равен:

r = L * sin(30°) = 1 м * 0.5 = 0.5 м.

Сила центростремительного ускорения (F_c) равна:

F_c = m * (v² / r).

Шаг 5: Сравним силы.

В горизонтальном направлении:

F_e = F_c, то есть:

0,0008 Н = 0,0001 кг * (v² / 0.5 м).

Шаг 6: Решим уравнение для v.

0,0008 Н = 0,0001 кг * (v² / 0.5 м)

0,0008 = 0,0002 * v²

v² = 0,0008 / 0,0002 = 4.

v = √4 = 2 м/с.

Шаг 7: Найдем кинетическую энергию.

K.E. = 0.5 * m * v² = 0.5 * 0,0001 кг * (2 м/с)² = 0.5 * 0,0001 * 4 = 0.0002 Дж.

Ответ: Кинетическая энергия шарика составляет 0.0002 Дж.