Шарик массой 90 мг подвешен на непроводящей нити и имеет заряд 10 нКл. После того как под шарик на расстоянии 10 см от него поместили точечный заряд другого знака, натяжение нити увеличилось вдвое. Найдите величину этого заряда.
от

1 Ответ

Дано:
- Масса шарика m = 90 мг = 0.00009 кг
- Заряд шарика qt = 10 нКл = 10 * 10^-9 Кл
- Расстояние между зарядами r = 10 см = 0.1 м
- Увеличение натяжения нити вдвое.

Найти:
- Величина второго заряда q2.

Решение:

1. Рассмотрим силы, действующие на шарик.
   - Сила тяжести Fg = m * g, где g ≈ 9.81 м/с².
   - Сила электрического взаимодействия между зарядами Fe рассчитывается по формуле Кулона:
     Fe = k * |qt * q2| / r²,
     где k = 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл².

2. Вычислим силу тяжести для шарика:
   Fg = m * g = 0.00009 * 9.81 ≈ 0.0008829 Н.

3. Исходное натяжение нити T1 будет равно силе тяжести:
   T1 = Fg.

4. После помещения второго заряда натяжение увеличивается вдвое:
   T2 = 2 * T1 = 2 * Fg.

5. Теперь у нас есть новое равновесие, где натяжение нити уравновешивает силу тяжести и силу электростатического взаимодействия:
   T2 = Fg + Fe.

6. Подставляем значения:
   2 * Fg = Fg + Fe.

7. Упростим уравнение:
   2 * Fg - Fg = Fe,
   Fg = Fe.

8. Подставим выражение для Fe:
   Fg = k * |qt * q2| / r².

9. Теперь выразим q2:
   Fg = 8.99 * 10^9 * |qt * q2| / (0.1)².

10. Подставим значение Fg:
    0.0008829 = 8.99 * 10^9 * |10 * 10^-9 * q2| / (0.01).

11. Упрощаем уравнение:
    0.0008829 = 8.99 * 10^9 * 10 * 10^-9 * q2 * 100.

12. Перемножим обе стороны на 0.01:
    0.0008829 * 0.01 = 8.99 * 10^9 * 10 * 10^-9 * q2.

13. Вычислим левую часть:
    0.000008829 = 8.99 * 10^9 * 10 * 10^-9 * q2.

14. Теперь найдём q2:
    q2 = 0.000008829 / (8.99 * 10^9 * 10 * 10^-9).

15. Упростим:
    q2 ≈ 0.000008829 / (8.99 * 10^0) ≈ 0.000000982 Кл.

16. Выражаем в нанокулонах:
    q2 ≈ 0.000000982 * 10^9 = 0.982 нКл.

Ответ:
Величина второго заряда q2 составляет примерно 0.982 нКл.
от