Как изменится сила взаимодействия между двумя одинаковыми металлическими шариками с зарядами 1 нКл и 3 нКл, если сначала соединить их, а затем развести на расстояние, которое в 2 раза больше первоначального?

Физика 11 класс Электростатика сила взаимодействия металлические шарики заряды 1 нКл заряды 3 нКл соединение шариков расстояние взаимодействия физика 11 класс Новый

Чтобы понять, как изменится сила взаимодействия между двумя металлическими шариками с зарядами, давайте рассмотрим несколько шагов.

Шаг 1: Определение начальных условий

• Заряд первого шарика (Q1) = 1 нКл = 1 * 10^-9 Кл
• Заряд второго шарика (Q2) = 3 нКл = 3 * 10^-9 Кл
• Начальное расстояние между шариками (r) = r0

Шаг 2: Вычисление начальной силы взаимодействия

Сила взаимодействия между двумя зарядами определяется законом Кулона:

F = k * |Q1 * Q2| / r^2

где k - электрическая постоянная, примерно равная 9 * 10^9 Н·м²/Кл².

Шаг 3: Соединение шариков

Когда шарики соединяются, они становятся одним телом, и заряды распределяются между ними. В данном случае, общая величина заряда будет:

Qобщ = Q1 + Q2 = 1 нКл + 3 нКл = 4 нКл = 4 * 10^-9 Кл.

При соединении, заряд распределяется равномерно, и каждый шарик будет иметь заряд 2 нКл.

Шаг 4: Разводим шарики на новое расстояние

• Новое расстояние между шариками (r') = 2 * r0.

Шаг 5: Вычисление новой силы взаимодействия

Теперь, когда шарики снова разведены, мы можем рассчитать новую силу взаимодействия:

F' = k * |Q'1 * Q'2| / (r')^2

где Q'1 = Q'2 = 2 нКл = 2 * 10^-9 Кл.

Подставим значения:

F' = k * |2 * 10^-9 * 2 * 10^-9| / (2 * r0)^2

F' = k * |4 * 10^-18| / (4 * r0^2)

F' = (k * 4 * 10^-18 / 4) / r0^2

F' = k * 10^-18 / r0^2.

Шаг 6: Сравнение сил

Теперь сравним новую силу F' с первоначальной силой F:

F = k * |1 * 10^-9 * 3 * 10^-9| / r0^2 = k * 3 * 10^-18 / r0^2.

Таким образом, мы видим, что новая сила:

F' = (1/3) * F.

Вывод:

Когда шарики соединяются, а затем разводятся на расстояние, которое в 2 раза больше первоначального, сила взаимодействия между ними уменьшится в 3 раза по сравнению с первоначальной силой.