Между двумя вертикальными пластинами, находящимися на расстоянии 1 см друг от друга, висит заряженный шарик массой 0,1 г. После того как на пластины была подана разность потенциалов 1 кВ, нить с шариком отклонилась на угол 30°. Найдите заряд шарика.
от

1 Ответ

Дано:
- Расстояние между пластинами d = 1 см = 0,01 м.
- Масса шарика m = 0,1 г = 0,0001 кг.
- Разность потенциалов U = 1 кВ = 1000 В.
- Угол отклонения нити θ = 30°.

Найти: заряд шарика q.

Решение:
Сначала найдем напряженность электрического поля E между пластинами:

E = U / d
  = 1000 / 0,01
  = 100000 В/м.

На шарик действуют две силы: сила тяжести F_g и сила электростатического взаимодействия F_e.

Сила тяжести определяется как:

F_g = m * g,
где g ≈ 9,81 м/с².

Подставим значение массы:

F_g = 0,0001 * 9,81
    ≈ 0,000981 Н.

Сила электростатического взаимодействия определяется как:

F_e = q * E.

Когда шарик отклоняется на угол 30°, силы F_g и F_e могут быть разложены на компоненты. Рассмотрим вертикальную и горизонтальную составляющие сил.

Вертикальная составляющая силы F_g равна F_g, а горизонтальная составляющая силы F_e будет равна F_e.

В равновесии при отклонении на угол θ выполняется следующее соотношение:

tan(θ) = F_e / F_g.

Подставим известные значения:

tan(30°) = F_e / F_g.

Значение tan(30°) равно 1/√3 ≈ 0,577.

Теперь подставим выражения для сил в уравнение:

0,577 = (q * E) / (m * g).

Теперь выразим заряд q:

q = 0,577 * (m * g) / E.

Подставим известные значения:

q = 0,577 * (0,0001 * 9,81) / 100000
  ≈ 0,577 * 0,000000981 / 100000
  ≈ 0,577 * 9,81 * 10^(-9)
  ≈ 5,65 * 10^(-9) Кл.

Ответ:
Заряд шарика составляет примерно 5,65 нКл.
от