Расчетные задачи

1. Какова сила, действующая на заряд 5 нКл, который расположен на расстоянии 3 мм от заряда 9 нКл и 4 мм от заряда 16 нКл, если эти заряды находятся в вакууме на расстоянии 7 мм друг от друга? Укажите направление этой силы.

Физика Колледж Электростатика сила заряд расстояние Вакуум расчетные задачи физика 12 Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать закон Кулона, который описывает силу взаимодействия между двумя точечными зарядами. Закон Кулона формулируется следующим образом:

F = k * |q1 * q2| / r²

где:

• F - сила взаимодействия между зарядами;
• k - электрическая постоянная (приблизительно 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл²);
• q1 и q2 - величины зарядов;
• r - расстояние между зарядами.

В данном случае у нас есть три заряда:

• q1 = 5 нКл = 5 * 10^-9 Кл (наш заряд);
• q2 = 9 нКл = 9 * 10^-9 Кл (первый заряд);
• q3 = 16 нКл = 16 * 10^-9 Кл (второй заряд).

Расстояния между зарядами следующие:

• Расстояние между зарядом 5 нКл и зарядом 9 нКл: r1 = 3 мм = 0.003 м;
• Расстояние между зарядом 5 нКл и зарядом 16 нКл: r2 = 4 мм = 0.004 м;
• Расстояние между зарядами 9 нКл и 16 нКл: r = 7 мм = 0.007 м (это расстояние нам не нужно для расчета силы на заряд 5 нКл).

Теперь мы можем рассчитать силы, действующие на заряд 5 нКл от каждого из зарядов:

1. Сила F1, действующая от заряда 9 нКл:

Используем закон Кулона:

F1 = k * |q1 * q2| / r1²

F1 = (8.99 * 10^9) * |(5 * 10^-9) * (9 * 10^-9)| / (0.003)²

F1 = (8.99 * 10^9) * (45 * 10^-18) / (9 * 10^-6)

F1 = (8.99 * 45 / 9) * 10^3 = 44.95 * 10^3 Н = 0.04495 Н

2. Сила F2, действующая от заряда 16 нКл:

Также используем закон Кулона:

F2 = k * |q1 * q3| / r2²

F2 = (8.99 * 10^9) * |(5 * 10^-9) * (16 * 10^-9)| / (0.004)²

F2 = (8.99 * 10^9) * (80 * 10^-18) / (16 * 10^-6)

F2 = (8.99 * 80 / 16) * 10^3 = 44.95 * 10^3 Н = 0.04495 Н

Теперь определим направление сил:

• Сила F1 (от заряда 9 нКл) будет направлена к этому заряду, так как оба заряда положительные и отталкиваются;
• Сила F2 (от заряда 16 нКл) также будет направлена к этому заряду, так как оба заряда положительные и отталкиваются.

Теперь, чтобы найти результирующую силу, нужно учесть, что обе силы направлены в одну сторону (от заряда 5 нКл к зарядам 9 нКл и 16 нКл), поэтому:

F = F1 + F2 = 0.04495 Н + 0.04495 Н = 0.0899 Н

Таким образом, результирующая сила, действующая на заряд 5 нКл, составляет 0.0899 Н и направлена от него к зарядам 9 нКл и 16 нКл.