Два одноименных точечных заряда, один из которых в 9 раз больше другого, находятся на расстоянии 64 см. Какое расстояние от меньшего заряда до точки, где напряженность электрического поля равна нулю?
Физика 11 класс Электрическое поле и закон Кулона точечные заряды напряженность электрического поля расстояние между зарядами электрическое поле физика 11 класс задачи по физике закон Кулона равновесие электрических зарядов электрические заряды решение задач по физике
Для решения задачи давайте обозначим заряды и расстояния:
Напряженность электрического поля создаваемая точечным зарядом рассчитывается по формуле:
E = k * |q| / r²,
где k - коэффициент пропорциональности (постоянная Кулона), q - величина заряда, r - расстояние от заряда до точки, где измеряется поле.
Для того чтобы в какой-то точке напряженность электрического поля была равна нулю, необходимо, чтобы напряженности от обоих зарядов были равны по величине, но противоположны по направлению:
Е1 = Е2.
Подставим выражения для напряженности:
k * |q| / x² = k * |9q| / (64 - x)².
Так как k и |q| не равны нулю, мы можем их сократить:
1 / x² = 9 / (64 - x)².
Теперь умножим обе стороны на x² * (64 - x)² для избавления от дробей:
(64 - x)² = 9x².
Раскроем скобки:
64² - 2 * 64 * x + x² = 9x².
Это упростится до:
4096 - 128x + x² = 9x².
Переносим все в одну сторону:
0 = 8x² + 128x - 4096.
Теперь у нас есть квадратное уравнение:
8x² + 128x - 4096 = 0.
Разделим уравнение на 8 для упрощения:
x² + 16x - 512 = 0.
Теперь решим это уравнение с помощью дискриминанта:
D = b² - 4ac = 16² - 4 * 1 * (-512) = 256 + 2048 = 2304.
Теперь найдем корни уравнения:
x = (-b ± √D) / 2a = (-16 ± √2304) / 2.
Корень из 2304 равен 48, поэтому:
x = (-16 ± 48) / 2.
Теперь найдем два возможных значения для x:
Таким образом, расстояние от меньшего заряда до точки, где напряженность электрического поля равна нулю, составляет 16 см.