Два одинаковых маленьких шарика, подвешенных на закрепленных, в одной точке нитях одинаковой длины, зарядили одинаковыми одноименными зарядами. Угол между нитями стал равным 2α=90°. После погружения в диэлектрик этот угол стал 2β=60°. Определите диэлектрическую проницаемость среды.
от

1 Ответ

Дано:  
Угол между нитями без диэлектрика 2α = 90°  
Угол между нитями с диэлектриком 2β = 60°  

Найти:  
Диэлектрическую проницаемость среды  

Решение:  
1. Уравновесим силы на шариках, чтобы найти угол α:  
Тангенс угла в равновесии: tg(α) = F_e / F_g  
tg(α) = k * q^2 / (m * g)  
где k - постоянная Кулона, q - заряд шариков, m - масса шарика, g - ускорение свободного падения  
2. Найдем k * q^2:  
k * q^2 = m * g * tg(α)  
3. После погружения в диэлектрик сила стала:  
F_e' = k * ε * q^2 / r^2, где ε - диэлектрическая проницаемость среды, r - расстояние между шариками  
4. Так как угол стал 2β = 60°, проведем аналогичные выкладки для этого случая:  
tg(β) = k * ε * q^2 / (m * g), что дает k * ε * q^2 = m * g * tg(β)  
5. Разделим результаты пункта 2 на 4:  
tg(α) / tg(β) = (m * g * tg(α)) / (m * g * tg(β))  
6. Получим:  
ε = tg(α) / tg(β)  

Посчитав указанные шаги:  
tg(α) ≈ sqrt(3)  
tg(β) ≈ sqrt(3) / 3  
ε ≈ sqrt(3) / (sqrt(3) / 3) = 3  

Ответ:  
Диэлектрическая проницаемость среды составляет примерно 3.
от