Дано:
Масса шарика m = 2 г = 2 × 10^-3 кг
Заряд шарика на нити q1 = 30 нКл = 30 × 10^-9 Кл
Заряд второго шарика q2 = 0,2 мкКл = 0,2 × 10^-6 Кл
Расстояние между шариками r = 6 см = 0,06 м
Ускорение свободного падения g = 9,8 м/с²
Необходимо найти силу натяжения нити для двух случаев:
1. Шарики одноимённые (отталкиваются).
2. Шарики разноимённые (притягиваются).
Решение:
Для расчёта силы натяжения нити необходимо учитывать два компонента силы, действующие на шарик: сила тяжести и сила электростатического взаимодействия между зарядом на шарике и зарядом на другом шарике.
Закон Кулона для силы взаимодействия между двумя зарядами:
F = k * |q1 * q2| / r²
где k = 8,99 × 10^9 Н·м²/Кл² — электростатическая постоянная.
1. Сила электростатического взаимодействия:
F = (8,99 × 10^9) * |(30 × 10^-9) * (0,2 × 10^-6)| / (0,06)²
F = (8,99 × 10^9) * (6 × 10^-15) / 0,0036
F = 1,5 × 10^-2 Н.
Теперь, чтобы найти силу натяжения нити, учтём два случая:
1. Шарики одноимённые (отталкиваются):
В этом случае, сила натяжения нити будет равна силе тяжести плюс сила отталкивания. Сила тяжести:
Fтяж = m * g = (2 × 10^-3) * (9,8) = 1,96 × 10^-2 Н.
Сила натяжения будет равна:
T = Fтяж + F = 1,96 × 10^-2 Н + 1,5 × 10^-2 Н = 3,46 × 10^-2 Н.
2. Шарики разноимённые (притягиваются):
В этом случае, сила натяжения нити будет равна разности силы тяжести и силы притяжения:
T = Fтяж - F = 1,96 × 10^-2 Н - 1,5 × 10^-2 Н = 0,46 × 10^-2 Н = 4,6 × 10^-3 Н.
Ответ:
1. Для одноимённых зарядов сила натяжения нити T = 3,46 × 10^-2 Н.
2. Для разноимённых зарядов сила натяжения нити T = 4,6 × 10^-3 Н.