Как можно определить угол отклонения нити от вертикали для двух одинаковых шариков массой 100 г, подвешенных на нитях длиной 20 см, если они заряжены одинаковыми зарядами по 30 мкКл и расположены на расстоянии 2 м друг от друга? Учитывая, что расстоянием между упавшими шариками пренебречь нельзя, какие шаги нужно предпринять для решения этой задачи олимпиадного уровня?

Физика 11 класс Электрические силы и движение заряженных тел угол отклонения два шарика заряд физика 11 класс задача олимпиадного уровня силы взаимодействия длина нити расстояние между шариками расчет угла электрические заряды Новый

Чтобы определить угол отклонения нити от вертикали для двух одинаковых шариков, необходимо учитывать как силы тяжести, так и силы электростатического отталкивания. Давайте рассмотрим шаги, которые помогут решить эту задачу:

1. Определение сил, действующих на шарики:
   • Сила тяжести (Fg): Fg = m * g, где m - масса шарика (0.1 кг), g - ускорение свободного падения (приблизительно 9.81 м/с²).
   • Сила электростатического отталкивания (Fe): Fe = k * (q1 * q2) / r², где k - электрическая постоянная (приблизительно 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл²), q1 и q2 - заряды шариков (по 30 мкКл или 30 * 10^-6 Кл), r - расстояние между шариками (2 м).
2. Расчет силы тяжести:
   • Fg = 0.1 кг * 9.81 м/с² = 0.981 Н.
3. Расчет силы электростатического отталкивания:
   • Fe = (8.99 * 10^9 Н·м²/Кл²) * (30 * 10^-6 Кл)² / (2 м)².
   • После подстановки значений, вычислите Fe.
4. Составление уравнений равновесия:
   • Составьте уравнения для вертикальной и горизонтальной составляющих сил:
   • Вертикальная составляющая: Fg = T * cos(θ), где T - натяжение нити, θ - угол отклонения от вертикали.
   • Горизонтальная составляющая: Fe = T * sin(θ).
5. Соотношение между силами:
   • Разделите уравнения для горизонтальной и вертикальной составляющих:
   • (Fe / Fg) = (T * sin(θ)) / (T * cos(θ)) = tan(θ).
   • Таким образом, tan(θ) = Fe / Fg.
6. Определение угла отклонения:
   • Используйте арктангенс для нахождения угла:
   • θ = arctan(Fe / Fg).
7. Подстановка значений и расчет:
   • Подставьте найденные значения Fe и Fg в уравнение для θ и выполните расчет.

После выполнения всех этих шагов вы получите угол отклонения нити от вертикали для двух заряженных шариков. Не забудьте проверить единицы измерения и округлить ответ в соответствии с требованиями задачи.