Номер 472, страница 102 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

472. Заряженный шарик висит на тонкой шелковой нити. Как изменится сила натяжения нити, если снизу к шарику поднести другой шарик, заряженный:

a) одноименным зарядом;

б) разноименным зарядом?

Решение

В начальном состоянии, когда заряженный шарик висит на нити, он находится в равновесии. На него действуют две силы: сила тяжести $F_g$, направленная вертикально вниз, и сила натяжения нити $T_{нач}$, направленная вертикально вверх.

Согласно первому закону Ньютона, условие равновесия шарика можно записать в виде равенства сил, действующих в противоположных направлениях:

$T_{нач} = F_g = mg$

где $m$ — масса шарика, а $g$ — ускорение свободного падения.

Рассмотрим, как изменится сила натяжения при внесении второго заряженного шарика.

а) одноименным зарядом

Если снизу к висящему шарику поднести другой шарик, заряженный одноименно (заряды обоих шариков имеют одинаковый знак), то между ними возникнет сила электростатического отталкивания $F_э$. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, эта сила будет направлена вертикально вверх, противодействуя силе тяжести.

Теперь на висящий шарик действуют три силы: сила тяжести $F_g$ (вниз), новая сила натяжения нити $T_a$ (вверх) и сила отталкивания $F_э$ (вверх).

Условие равновесия в этом случае запишется так: сумма сил, направленных вверх, равна силе, направленной вниз.

$T_a + F_э = F_g$

Выразим новую силу натяжения нити:

$T_a = F_g - F_э$

Так как сила отталкивания $F_э$ является положительной величиной, новая сила натяжения $T_a$ будет меньше, чем начальная сила натяжения $T_{нач} = F_g$.

Ответ: сила натяжения нити уменьшится.

б) разноименным зарядом

Если снизу к висящему шарику поднести другой шарик, заряженный разноименно (заряды шариков имеют противоположные знаки), то между ними возникнет сила электростатического притяжения $F_э$. Поскольку разноименные заряды притягиваются, эта сила будет направлена вертикально вниз, в том же направлении, что и сила тяжести.

Теперь на висящий шарик действуют три силы: сила тяжести $F_g$ (вниз), сила притяжения $F_э$ (вниз) и новая сила натяжения нити $T_б$ (вверх).

Условие равновесия в этом случае запишется так:

$T_б = F_g + F_э$

Так как сила притяжения $F_э$ является положительной величиной, новая сила натяжения $T_б$ будет больше, чем начальная сила натяжения $T_{нач} = F_g$.

Ответ: сила натяжения нити увеличится.