Какую напряженность электрического поля нужно создать, чтобы шарик массой 4,5 г с зарядом 0,1 мкКл, находящийся в масле плотностью 800 кг/м3 и имеющий плотность материала 1500 кг/м3, оставался в равновесии?

Физика 11 класс Электрические поля и силы, действующие на заряженные тела напряженность электрического поля шарик с зарядом масса шарика плотность масла равновесие в электрическом поле физика 11 класс Новый

Для решения этой задачи необходимо понять, какие силы действуют на шарик, чтобы он оставался в равновесии. В данном случае на шарик действуют две основные силы:

• Сила тяжести (Fтяж), направленная вниз.
• Сила Архимеда (Fарх), направленная вверх.
• Сила электрического поля (Fэл), направленная вверх или вниз в зависимости от направления электрического поля.

Шарик будет находиться в равновесии, если сумма всех сил, действующих на него, равна нулю:

Fтяж + Fэл - Fарх = 0

Теперь давайте вычислим каждую из этих сил.

1. Сила тяжести (Fтяж):

Сила тяжести рассчитывается по формуле:

Fтяж = m * g

где:

• m = 4,5 г = 0,0045 кг (переведем массу в килограммы),
• g = 9,81 м/с² (ускорение свободного падения).

Подставим значения:

Fтяж = 0,0045 * 9,81 = 0,044145 Н.
2. Сила Архимеда (Fарх):

Сила Архимеда рассчитывается по формуле:

Fарх = V * ρ * g

где:

• V - объем шарика,
• ρ - плотность жидкости (масла), равная 800 кг/м³,
• g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Для нахождения объема V шарика, воспользуемся формулой для объема шара:

V = m / ρшарика

где ρшарика - плотность материала шарика, равная 1500 кг/м³.

Подставим значения:

V = 0,0045 / 1500 = 3 * 10^(-6) м³.

Теперь подставим V в формулу для Fарх:

Fарх = 3 * 10^(-6) * 800 * 9,81 = 0,023544 Н.
3. Сила электрического поля (Fэл):

Сила электрического поля рассчитывается по формуле:

Fэл = q * E

где:

• q = 0,1 мкКл = 0,1 * 10^(-6) Кл (переведем заряд в кулоны),
• E - напряженность электрического поля, которую нужно найти.

Теперь подставим все найденные силы в уравнение равновесия:

0,044145 + 0,1 10^(-6) E - 0,023544 = 0

Решим это уравнение для E:

0,1 10^(-6) E = 0,023544 - 0,044145

0,1 10^(-6) E = -0,020601

E = -0,020601 / (0,1 * 10^(-6))

E = -206,01 В/м.

Так как напряженность электрического поля не может быть отрицательной, мы можем сказать, что для равновесия шарика необходимо создать поле напряженностью 206,01 В/м, направленное вверх.