Два одинаковых металлических шарика подвешены в одной точке на шелковых нитях длиной 20см. После сообщения каждому шарику заряда 400нКл нити образовали угол 60°. Найти массу шариков.
от

1 Ответ

дано:  
длина нити L = 20 см = 0.2 м  
заряд на каждом шарике q = 400 нКл = 400 * 10^(-9) Кл  
угол между нитями α = 60°  

найти:  
массу шариков m.

решение:  
1. Рассмотрим силы, действующие на каждый шарик. На шары действуют:
   - сила тяжести Fg = m * g, где g = 9.81 м/с² (ускорение свободного падения);
   - сила электрического отталкивания Fe между заряженными шариками;
   - натяжение нити T.

2. Для нахождения силы электрического отталкивания используем закон Кулона:  
Fe = k * |q1 * q2| / r²,  
где k ≈ 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл², r - расстояние между центрами двух зарядов.

3. Расстояние между шариками можно выразить через длину нити и угол:  
r = 2 * L * sin(α/2).  
Подставим значения:  
r = 2 * 0.2 * sin(30°) = 2 * 0.2 * 0.5 = 0.2 м.

4. Теперь можем найти силу отталкивания:  
Fe = k * q² / r² = 8.99 * 10^9 * (400 * 10^(-9))² / (0.2)².  
Расчитаем:  
Fe = 8.99 * 10^9 * 160000 * 10^(-18) / 0.04 = 8.99 * 10^9 * 4 * 10^(-14) = 3.596 * 10^(-4) Н.

5. Теперь запишем уравнение для вертикальной и горизонтальной составляющих сил:  
Горизонтальная:  
T * sin(α) = Fe.  
Вертикальная:  
T * cos(α) = m * g.  

6. Разделим два уравнения:  
(T * sin(α)) / (T * cos(α)) = Fe / (m * g),  
tan(α) = Fe / (m * g).

7. Подставим tan(60°) = sqrt(3):  
sqrt(3) = Fe / (m * g).  
Теперь выразим массу:  
m = Fe / (g * sqrt(3)).

8. Подставим значение Fe и g:  
m = (3.596 * 10^(-4)) / (9.81 * sqrt(3)) = 3.596 * 10^(-4) / (9.81 * 1.732).

9. Рассчитаем:  
m ≈ 3.596 * 10^(-4) / 16.973 = 2.12 * 10^(-5) кг = 21.2 мг.

ответ:  
Масса каждого шарика составляет примерно 21.2 мг.
от