Какой импульс передаст пластине шарик массой 20 г и положительным зарядом мкКл, который падает с высоты 10 см на отрицательно заряженную пластину, создающую вертикально направленное однородное электрическое поле напряженностью 10 кВ/м, если удар будет абсолютно упругим?

Физика 11 класс Импульс и закон сохранения импульса импульс пластина шарик масса заряд высота электрическое поле абсолютно упругий удар физика 11 класс Новый

Для решения этой задачи нам нужно рассмотреть несколько ключевых моментов: импульс, который передает шарик пластине, и влияние электрического поля на движение шарика.

Шаг 1: Определение скорости шарика перед ударом.

Шарик падает с высоты 10 см. Мы можем использовать закон сохранения энергии для нахождения его скорости перед ударом. Потенциальная энергия на высоте h преобразуется в кинетическую энергию при падении.

Формула для потенциальной энергии: Ep = m * g * h, где:

• m - масса шарика (в кг),
• g - ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с²),
• h - высота (в м).

Подставим значения:

• m = 20 г = 0.02 кг,
• h = 10 см = 0.1 м.

Теперь найдем потенциальную энергию:

Ep = 0.02 * 9.81 * 0.1 = 0.01962 Дж.

Кинетическая энергия (Ek) перед ударом равна потенциальной энергии, так как удар абсолютно упругий:

Ek = 0.5 * m * v².

Приравниваем Ep и Ek:

0.01962 = 0.5 * 0.02 * v².

Решая это уравнение, получаем:

v² = (0.01962 * 2) / 0.02 = 1.962.

v = √1.962 ≈ 1.4 м/с.

Шаг 2: Определение импульса шарика перед ударом.

Импульс (p) определяется как произведение массы на скорость:

p = m * v = 0.02 * 1.4 = 0.028 кг·м/с.

Шаг 3: Учет влияния электрического поля.

Шарик имеет положительный заряд, а пластина отрицательный. Это значит, что на шарик будет действовать сила, направленная вверх (в сторону пластинки) из-за электрического поля. Сила (F) вычисляется по формуле:

F = q * E, где:

• q - заряд шарика (в Кл),
• E - напряженность электрического поля (в В/м).

Заряд шарика составляет 1 мкКл = 1 * 10^(-6) Кл, а напряженность поля равна 10 кВ/м = 10000 В/м.

Теперь подставим значения:

F = 1 * 10^(-6) * 10000 = 0.01 Н.

Шаг 4: Определение изменения импульса после удара.

В случае абсолютно упругого удара шарик отскочит с той же скоростью, но в обратном направлении. Поэтому его импульс после удара будет равен:

p' = -p = -0.028 кг·м/с.

Теперь нужно учесть импульс, который передается пластине:

Импульс, переданный пластине, будет равен изменению импульса шарика:

Δp = p' - p = -0.028 - 0.028 = -0.056 кг·м/с.

Таким образом, пластина получит импульс величиной 0.056 кг·м/с в направлении, противоположном движению шарика.

Ответ: Импульс, переданный пластине шариком, составляет 0.056 кг·м/с в направлении, противоположном движению шарика.