-->
|
|
|
Ãëàâà 1. Ýëåêòðîñòàòèêà § 1.6. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ íà ïðèìåíåíèå çàêîíà Êóëîíà èñïîëüçóþòñÿ çàêîíû ñòàòèêè, èçó÷åííûå â ìåõàíèêå (âñïîìíèòå èõ). Ìåòîäû ðåøåíèÿ çàäà÷ îñòàþòñÿ òåìè æå, ÷òî è â ìåõàíèêå, íî äîáàâëÿåòñÿ åùå îäíà ñèëà — êóëîíîâñêàÿ. Ïðè ýòîì íàäî èìåòü â âèäó, ÷òî íàïðàâëåíèå êóëîíîâñêîé ñèëû çàâèñèò îò çíàêîâ çàðÿäîâ âçàèìîäåéñòâóþùèõ òåë. Êðîìå òîãî, â ðÿäå çàäà÷ èñïîëüçóåòñÿ çàêîí ñîõðàíåíèÿ çàðÿäà è òîò ôàêò, ÷òî ìèíèìàëüíàÿ ïîðöèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà ðàâíà ïî ìîäóëþ ýëåìåíòàðíîìó çàðÿäó å = 1,6 • 10-19 Êë. Çàäà÷à 1Ñêîëüêî ýëåêòðîíîâ ñîäåðæèòñÿ â êàïëå âîäû ìàññîé m = 5 • 10-5 êã? Ðåøåíèå. ×èñëî ìîëåêóë, ñîäåðæàùèõñÿ â êàïëå âîäû, ðàâíî:
ãäå Ì — ìîëÿðíàÿ ìàññà âîäû, ðàâíàÿ 1,8 • 10-2 êã/ìîëü, a NA — ïîñòîÿííàÿ Àâîãàäðî, ðàâíàÿ 6,02 • 1023 ìîëü-1. Îäíà ìîëåêóëà âîäû ñîäåðæèò n = 10 ýëåêòðîíîâ. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷èñëî ýëåêòðîíîâ â êàïëå âîäû ðàâíî:
Çàäà÷à 2
 âîçäóõå íà íèòè âèñèò øàðèê îáúåìîì V = 2 • 10-6 ì3 è ïëîòíîñòüþ ρ = 9 • 103 êã/ì3. Çàðÿä øàðèêà q = 2 • 10-7 Êë. Íà êàêîå ðàññòîÿíèå ñíèçó íàäî ïîäíåñòè ê íåìó ìàëåíüêèé øàðèê ñ òàêèì æå ïî ìîäóëþ, íî ïðîòèâîïîëîæíûì ïî çíàêó çàðÿäîì, ÷òîáû ñèëà íàòÿæåíèÿ íèòè âîçðîñëà âäâîå? Ðàññìîòðèòå äâà ñëó÷àÿ: à) øàðèêè âçàèìîäåéñòâóþò â âîçäóõå; á) âñÿ ñèñòåìà ïîãðóæåíà â êåðîñèí (ïëîòíîñòü êåðîñèíà ρê = 800 êã/ì3, äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ε = 2,1). Ðåøåíèå. à)  âîçäóõå íà ïåðâûé øàðèê äî ïîäíåñåíèÿ âòîðîãî äåéñòâóåò ñèëà íàòÿæåíèÿ íèòè Òàê êàê øàðèê íàõîäèòñÿ â ðàâíîâåñèè, òî Ò1 = mg. Ïîñëå òîãî êàê ê ïåðâîìó øàðèêó ïîäíåñëè ñíèçó âòîðîé çàðÿæåííûé øàðèê (ðèñ. 1.10), íà ïåðâûé øàðèê ñòàëè äåéñòâîâàòü òðè ñèëû: ñèëà íàòÿæåíèÿ íèòè Òàê êàê è òåïåðü øàðèê íàõîäèòñÿ â ðàâíîâåñèè, òî
 ïðîåêöèÿõ íà âåðòèêàëüíî íàïðàâëåííóþ îñü Y ýòî ðàâåíñòâî çàïèøåòñÿ òàê: Ò2 - mg - F1 = 0. Ñîãëàñíî óñëîâèþ T2 = 2T1 = 2mg. Ñëåäîâàòåëüíî, 2mg - mg - F1 = 0. Îòñþäà F1 = mg. Ïî çàêîíó Êóëîíà Îòñþäà
á) Êîãäà âñÿ ñèñòåìà ïîãðóæåíà â êåðîñèí, íà ïåðâûé øàðèê äåéñòâóþò ÷åòûðå ñèëû: ñèëà íàòÿæåíèÿ íèòè Èç óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ èìååì:
èëè â ïðîåêöèÿõ íà îñü Y: T2 - mg - F2 + Fa = 0. (1.6.1) Çäåñü
Çàäà÷à 3Äâà îäèíàêîâûõ øàðèêà, íåñóùèõ ðàâíûå çàðÿäû, ïîäâåøåíû íà íèòÿõ ðàâíîé äëèíû ê îäíîé òî÷êå. Øàðèêè îïóñêàþò â êåðîñèí. ×åìó ðàâíà ïëîòíîñòü ρ ìàòåðèàëà øàðèêîâ, åñëè óãîë ðàñõîæäåíèÿ íèòåé â âîçäóõå è â êåðîñèíå îäèíàêîâ? Ïëîòíîñòü êåðîñèíà ρê = 0,8 ã/ñì3, åãî äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ε = 2. Ðåøåíèå. Êîãäà ñèñòåìà íàõîäèòñÿ â âîçäóõå, òî íà êàæäûé øàðèê äåéñòâóþò òðè ñèëû (ðèñ. 1.12, à): ñèëà òÿæåñòè
Òàê êàê øàðèêè íàõîäÿòñÿ â ðàâíîâåñèè, òî ñóììà ñèë ðàâíà íóëþ:
Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðè ñëîæåíèè ñèë âåêòîðû îáðàçóþò ïðÿìîóãîëüíûé òðåóãîëüíèê (ðèñ. 1.12, á). Èç ýòîãî òðåóãîëüíèêà èìååì:
Ïðè ïîãðóæåíèè â êåðîñèí ïîÿâëÿåòñÿ åùå àðõèìåäîâà ñèëà Fà , à ñèëà íàòÿæåíèÿ íèòè
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ïðè ñëîæåíèè ñèë îíè îáðàçóþò çàìêíóòóþ ôèãóðó (ðèñ. 1.13, á). Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî
Îòíîøåíèå ìîäóëåé ñèë
Ïîäñòàâëÿÿ â ýòî âûðàæåíèå çíà÷åíèÿ ìàññû m = ρV è àðõèìåäîâîé ñèëû Fa = ρkVg, ïîëó÷èì:
Ìîæíî ðåøèòü ýòó çàäà÷ó, ïðîåöèðóÿ âåêòîðíûå ðàâåíñòâà íà îñè êîîðäèíàò. Ðåøåíèå ïîëó÷àåòñÿ áîëåå ãðîìîçäêèì.
|
|
|