Номер 4, страница 63 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

4. Если поднести руку к заряженной подвешенной гильзе, то гильза притянется к руке. Объясните происходящее.

Решение

Наблюдаемое явление объясняется электростатической индукцией, также известной как электризация через влияние.

Тело человека, и в частности рука, является электрическим проводником. Это связано с тем, что в тканях организма содержится вода с растворенными солями, которые диссоциируют на ионы — положительно и отрицательно заряженные частицы. В обычном состоянии рука электрически нейтральна, то есть суммарный заряд всех положительных и отрицательных частиц в ней равен нулю.

Заряженная гильза (неважно, положительно или отрицательно) создает вокруг себя электрическое поле. Когда к гильзе подносят руку, это поле начинает действовать на свободные заряды внутри руки, заставляя их перемещаться. Происходит перераспределение зарядов:

• Если гильза заряжена положительно, она притягивает к себе отрицательно заряженные частицы (свободные электроны) в руке. В результате на той части руки, которая находится ближе к гильзе, скапливается избыточный отрицательный заряд. Соответственно, на удаленной от гильзы части руки образуется избыточный положительный заряд.
• Если гильза заряжена отрицательно, она отталкивает от себя свободные электроны. Они смещаются на дальнюю от гильзы часть руки. В результате на ближней к гильзе стороне руки возникает недостаток электронов, то есть она приобретает избыточный положительный заряд.

Таким образом, в обоих случаях на ближней к гильзе поверхности руки индуцируется (наводится) заряд, противоположный по знаку заряду гильзы, а на дальней — одноименный заряд.

Согласно закону Кулона, сила электростатического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами ($F \sim 1/r^2$). Сила притяжения между зарядом гильзы и индуцированным зарядом противоположного знака на ближней стороне руки оказывается больше, чем сила отталкивания между зарядом гильзы и одноименным индуцированным зарядом на дальней стороне руки, так как расстояние в первом случае меньше.

Из-за этой разницы в силах возникает результирующая сила, направленная в сторону притяжения. Поэтому гильза притягивается к руке.

Ответ: Рука является проводником, и в электрическом поле заряженной гильзы в ней происходит явление электростатической индукции — перераспределение свободных зарядов. На той части руки, что ближе к гильзе, наводится заряд противоположного знака, а на дальней — одноименного. Поскольку сила притяжения к ближайшим разноименным зарядам больше силы отталкивания от удаленных одноименных зарядов, возникает результирующая сила притяжения между гильзой и рукой.