ПРАКТИКУМ З ФІЗИКИ


  • Книга «ПЗФ»
  • 4.2. Приклади розв’язання задач:

    Задача 1. Два точкових заряди 1,8 ·10-8 Кл і 1,2 ·10-8 Кл знаходяться у повітрі на відстані 10 см один від одного. Визначити напруженість поля в точці А, яка знаходиться посередині прямої, що з’єднує ці заряди.

    Розв’язання.

    Напруженість поля, яке створюється зарядами q1 і q2 в деякій точці простору А, дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створених кожним з цих зарядів окремо

    Як можна побачити з рис. 2, вектор E у точці А направлений праворуч, а E – ліворуч вздовж однієї прямої, тому можна перейти від векторної суми до алгебраїчної

    EA = E1 - E2

    Модуль напруженості поля, створеного точковим зарядом q, визначається за формулою

    де r – відстань від заряду до точки, де визначається напруженість, тому

    Відповідь:

    Задача 2.

    Дві однаково заряджені кульки, що підвішені на нитках однакової довжини, опускають у гас. Якою має бути густина матеріалу кульок, щоб кут розходження в повітрі і в гасі був однаковий? Густина гасу 800 кг/м3, діелектрична проникність гасу

     

     

    Рис. 3

    Розв’язання:

    На кульку, що знаходиться у повітрі у відхиленому стані, діють три сили: сила тяжіння , де V – об’єм кульки; сила електричного відштовхування між кульками, розміщеними на відстані r; і сила натягу нитки (Рис.2а). Умовою рівноваги кульки в повітрі є рівність рівнодіючої сил і силі натягу нитки . Запишемо умову рівноваги кульки в повітрі під дією прикладених сил в векторній формі

    Запишемо це рівняння в проекціях на вибрані напрямки осей Х і У:

    Враховуючи, що  запишемо рівняння у вигляді:

    Кут відхилення кульки від положення рівноваги залежить від співвідношення сил F і mq:

    При зануренні в гас на кульку діятиме ще виштовхувальна сила , що дорівнює.

    Тоді умова рівноваги кульки у гасі в векторній формі буде:

    Це рівняння в проекціях на осі Х і У запишеться як:

    Тоді

    За умовою кути відхилення a 1 і a 2 повинні бути однакові. На основі цього можна записати:

    Тоді 

    Відповідь: r = 1600 кг/м3.

    Задача 3. У двох протилежних вершинах квадрата з стороною 30 см знаходяться заряди 2× 10-7 Кл. Визначити напруженість і потенціал електричного поля в двох інших вершинах квадрата.

    q= 2× 10-7 Кла= 30 см=0,3 м

    Е –? j –?


    Рис. 4

    Розв’язання:

    Обидва заряди створюють у двох інших вершинах квадрата однакову напруженість:

    Результуюча напруженість поля, створеного обома зарядами, дорівнює векторній сумі цих напруженостей:

    Обидва заряди створюють у цих вершинах квадрата однакові потенціали:

    Потенціал результуючого поля дорівнює алгебраїчній сумі цих потенціалів:

    Відповідь:

    Задача 4. Визначити роботу, яка виконується при перенесенні точкового заряда в 2× 10-8 Кл з безкрайності в точку В, що знаходиться на відстані 1 см від поверхні кулі радіусом 1 см з поверхневою густиною заряду 10 -9 Кл/см2


    q
    =2× 10-8 

    r1=10-2м

    r2=10-2 м

    s =10-5 Кл/м2

    А¥ ® в– ?

    Розв’язання:

    Куля створює поле, в якому рухається точковий заряд із безкрайності в точку В, що знаходиться на відстані  від кулі. Робота, яку виконує зовнішня сила по переміщенню заряда, дорівнює

    де j ¥ і j В – потенціали початкової та кінцевої точок поля.

    Потенціал поля, створеного кулею на відстані R від неї,

    де

    Після підстановки значення j одержимо:

    Відповідь: А = 1,1× 10-4 Дж

     

    Задача 5. Конденсатори ємністю 0.5 мкФ, 1.5 мкФ і 3 мкФ з’єднано послідовно і ввімкнено в коло з напругою 120 В. Яка буде напруга на кожному з конденсаторів? Визначити загальну ємність і заряд всієї батареї


    С1 = 0,5 мкФ
    С
    2 = 1,5 мкФ
    С
    3 = 3 мкФ
    U =120 В

    U1–? U2–? U3–? U–? q–? C–?

    Розв’язання:

    При послідовному з’єднанні конденсаторів різниця потенціалів на затискувачах батареї 120 В розподіляється між окремими конденсаторами:

    U=U1+U2+U3.

    Заряди ж на всіх пластинах конденсаторів мають бути однаковими, оскільки загальна сума позитивних і негативних зарядів на з’єднаних між собою пластинах має дорівнювати нулю

    З другого боку  де С – загальна електроємність усієї батареї. Прирівнявши праві частини двох останніх рівностей і скоротивши на q , дістанемо

    Заряд батареї конденсаторів і кожного конденсатора окремо:

    Напруги на кожному з конденсаторів дорівнюють відповідно:

    Відповідь 

     


    © 2004 Академя гражданской защиты Украины