Номер 10, страница 63 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

10. Могут ли два металлических шарика, заряженные зарядом одного знака, притягиваться друг к другу? Почему?

Да, два металлических шарика, заряженные одноимёнными (зарядами одного знака) зарядами, могут притягиваться друг к другу при определённых условиях. Этот, на первый взгляд, парадоксальный эффект объясняется явлением электростатической индукции.

Рассмотрим два металлических шарика. Металлы являются проводниками, что означает наличие в них свободных носителей заряда (электронов), которые могут перемещаться по всему объёму проводника под действием внешнего электрического поля.

Пусть один шарик имеет большой положительный заряд $q_1$, а второй — значительно меньший положительный заряд $q_2$, то есть $q_1 \gg q_2 > 0$. Когда мы подносим эти шарики близко друг к другу, сильное электрическое поле, создаваемое шариком с зарядом $q_1$, вызывает перераспределение свободных электронов во втором шарике (с зарядом $q_2$).

Происходит следующее:

• Свободные электроны во втором шарике притягиваются к первому, более сильно заряженному, шарику. В результате на ближней к первому шарику стороне второго шарика скапливается избыточный отрицательный заряд (индуцированный заряд $-q_{ind}$).
• Соответственно, на дальней стороне второго шарика возникает избыточный положительный заряд. Он складывается из первоначального положительного заряда $q_2$ и положительных ионов, оставшихся после смещения электронов. Суммарный положительный заряд на дальней стороне будет равен $q_2 + q_{ind}$.

Таким образом, взаимодействие между шариками становится сложнее, чем простое отталкивание. На второй шарик со стороны первого действуют две основные силы:

• Сила притяжения $F_{прит}$ между положительным зарядом $q_1$ и индуцированным отрицательным зарядом $-q_{ind}$ на ближней стороне второго шарика.
• Сила отталкивания $F_{отт}$ между положительным зарядом $q_1$ и суммарным положительным зарядом $(q_2 + q_{ind})$ на дальней стороне второго шарика.

Согласно закону Кулона, сила электростатического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами ($F \sim 1/r^2$). Поскольку индуцированный отрицательный заряд $-q_{ind}$ находится на меньшем расстоянии от первого шарика, чем положительный заряд $(q_2 + q_{ind})$, сила притяжения может оказаться больше силы отталкивания: $F_{прит} > F_{отт}$.

Это произойдёт, если выполняются два условия:

1. Заряды шариков значительно отличаются по величине ($|q_1| \gg |q_2|$).
2. Расстояние между шариками достаточно мало (сравнимо с их размерами).

При выполнении этих условий результирующая сила взаимодействия будет направлена в сторону притяжения. Аналогичная ситуация будет наблюдаться, если оба шарика заряжены отрицательно, но один из зарядов по модулю значительно больше другого.

Ответ: Да, могут. Это возможно благодаря явлению электростатической индукции. Если заряд одного металлического шарика значительно больше заряда другого, а расстояние между ними мало, то сильное поле первого шарика вызовет перераспределение зарядов во втором. На ближней стороне второго шарика индуцируется заряд противоположного знака. Сила притяжения к этому близко расположенному индуцированному заряду может превысить силу отталкивания от оставшегося на дальней стороне одноимённого заряда, что приведёт к суммарному притяжению шариков.