Три одинаковых положительных заряда 2 нКл расположены в вершинах равностороннего треугольника. Сторона треугольника 30 см. Найдите напряженность электрического поля в вершине правильного тетраэдра, построенного на этом треугольнике.
от

1 Ответ

дано:  
Заряд Q = 2 нКл = 2 * 10^(-9) Кл.  
Сторона треугольника a = 30 см = 0.3 м.  

найти:  
Напряженность электрического поля в вершине правильного тетраэдра, построенного на этом треугольнике.

решение:  
1. Расположим три заряда в вершинах равностороннего треугольника ABC с длиной стороны a.

2. Вершина D тетраэдра находится над центром основания (треугольника ABC). Центр треугольника можно найти как:

h = (a * sqrt(3)) / 6, где h - расстояние от центра треугольника до любой из вершин. Это так как высота треугольника равна (a * sqrt(3)) / 2, а центр делит высоту в соотношении 2:1.

3. Расстояние от центра треугольника до вершины D будет равно:

d = h + (a * sqrt(2/3)),

где a * sqrt(2/3) - это высота от центра треугольника до точки D.

4. Напряженность электрического поля, создаваемая одним зарядом на расстоянии r, вычисляется по формуле:

E = k * |Q| / r^2,

где k = 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл² — электростатическая постоянная.

5. Найдем расстояние от каждого заряда до точки D. Поскольку тетраэдр правильный, все расстояния одинаковы. Рассчитаем его по формуле:

r = sqrt[(a/2)^2 + h^2].

6. Подставим значения:

h = (0.3 * sqrt(3)) / 6 = 0.3 * sqrt(3) / 6 = 0.3 / sqrt(3) м.

7. Находим r:

r = sqrt[(0.3/2)^2 + (0.3 * sqrt(3) / 6)^2]  
= sqrt[0.0225 + (0.3^2 * 3)/36]  
= sqrt[0.0225 + 0.025]  
= sqrt[0.0475]  
≈ 0.218.

8. Теперь найдем напряженность поля от одного заряда в точке D:

E_one = k * |Q| / r^2  
= (8.99 * 10^9) * (2 * 10^(-9)) / (0.218)^2  
≈ 8.99 * 10^9 * 2 * 10^(-9) / 0.047524  
≈ 378.5 Н/Кл.

9. Поскольку у нас три положительных заряда, и они симметрично расположены, результирующая напряженность будет равна:

E_total = 3 * E_one * cos(θ),

где θ = 60° между направлением от зарядов к точке D и осью, проходящей через D, перпендикулярно основания.

10. Зная, что cos(60°) = 0.5, подставим значения:

E_total = 3 * 378.5 * 0.5  
≈ 567.75 Н/Кл.

Ответ:  
Напряженность электрического поля в вершине правильного тетраэдра, построенного на этом треугольнике, составляет примерно 567.75 Н/Кл.
от