Шарик массой 20 г с положительным зарядом 10~5 Кл подвешен на шёлковой нити и помещен над положительно заряженной плоскостью, создающей однородное электрическое поле напряжённостью 104 В/м. Период малых колебаний шарика 2 с. Какова длина нити?
от

1 Ответ

Дано:  
m = 20 г = 0.02 кг (масса шарика)  
q = 10^(-5) Кл (заряд шарика)  
E = 10^4 В/м (напряженность электрического поля)  
T = 2 с (период колебаний)

Найти:  
L = длина нити.

Решение:  
Сначала найдем силу, действующую на шарик из-за электрического поля:

F_e = q * E  
F_e = 10^(-5) * 10^4  
F_e = 10^(-1) Н = 0.1 Н

Эта сила будет равна силе тяжести, действующей на шарик, когда он находится в равновесии:

F_g = m * g  
где g = 9.81 м/с^2.  
F_g = 0.02 * 9.81  
F_g = 0.1962 Н

Теперь запишем уравнение для колебаний:

T = 2 * π * sqrt(L / g_eff)  
где g_eff = g - (F_e / m).

Сначала найдем g_eff:

g_eff = 9.81 - (0.1 / 0.02)  
g_eff = 9.81 - 5  
g_eff = 4.81 м/с^2.

Теперь подставим значение g_eff в формулу для периода:

2 = 2 * π * sqrt(L / 4.81).

Упростим уравнение:

1 = π * sqrt(L / 4.81).

Теперь выразим L:

sqrt(L / 4.81) = 1 / π  
L / 4.81 = (1 / π)^2  
L = 4.81 / (π^2).

Теперь подставим π ≈ 3.14:

L ≈ 4.81 / (3.14^2)  
L ≈ 4.81 / 9.8596  
L ≈ 0.487 м.

Ответ:  
Длина нити составляет примерно 0.487 м.
от