Formulo por elektra ŝargo kaj elektra forto

Ekzemplaj demandoj kaj formuloj por elektra ŝargo kaj elektra forto

Elektra ŝargo

1. Du identaj ŝargoj ĉiu kun maso m = 9√3 x 10^-4 kg estas pendigita ĉe la sama punkto uzante ŝnuron kun longo de l = 1 metro. Se la du ŝargoj estas apartigitaj per distanco de a = 1 metro, tiam la grando de ĉiu ŝargo estas….

A. 4 mikrokulomboj
B. 2 mikrokulomboj
C. 1 mikrokulombo
D. 0,5 mikrokulombo

Diskuto
Estas konate, ke:
Du identaj ŝargoj signifas du similajn ŝargojn, kie similaj ŝargoj forpuŝas unu la alian.
Longo de ŝnuro (l) = 1 metro
La distanco inter la du ŝargoj (r) = 1 metro
Maso de ŝargo (m) = 9√3 x 10^-4 kg
Akcelo pro gravito (g) = 10 m/s²
Gravito (w) = mg = (9√3 x 10^-4 kg)(10 m/s²) = 9√3 x 10^-3 Neŭtono
Demandita La grando de ĉiu ŝargo (q)
Respondo:

Titolo:
F = Repuŝa elektra forto inter ŝarĝoj 1 kaj 2
w₁ = Pilkpezo 1
w₂ = Pilkpezo 2
T₁ = Ŝnurstreĉa forto 1
T_1x = Komponanto de la streĉforto de ŝnuro 1 sur la x-akso
T_1y = Komponanto de streĉa forto de ŝnuro 1 sur la y-akso
T₂ = Ŝnurstreĉa forto 2
T_2x = Komponanto de la streĉforto de ŝnuro 2 sur la x-akso
T_2y = Komponanto de streĉa forto de ŝnuro 2 sur la y-akso
l₁ = longo de ŝnuro 1
l_1x = komponanto de la longo de la ŝnuro sur la x-akso
l_1y = komponanto de la longo de la ŝnuro sur la y-akso

Kalkulu la valoron de cos θ:

Kalkulu la streĉan forton de la ŝnuro (T₁):

Kalkulu la valoron de sin θ:

Kalkulu la komponanton de la streĉforto de la ŝnuro sur la x-akso (T_1x):

La du pilkoj estas en ekvilibro tiel ke T_1x = F = 9 × 10^-3 Neŭtono

Kalkulu la ŝargon de ĉiu pilko uzante la formulon de la leĝo de Kulombo:

La grando de ĉiu ŝargo estas 1 x 10^-6 Kulombo aŭ 1 mikrokulombo.
La ĝusta respondo estas C.

Ŝarĝigi objekton per elektra ŝarĝo

1. Du manieroj doni elektran ŝargon al objekto estas….
A. Frotado kaj elektromagnetismo
B. Indukto kaj elektromagnetismo
C. Frotado kaj indukto
D. Indukto kaj magnetigo
Diskuto
Du manieroj doni elektran ŝargon al objekto estas frotado kaj indukto.
Frotado estas maniero igi objekton havi pozitivan aŭ negativan elektran ŝargon per frotado de la objekto kun alia objekto, ekzemple frotante vitran bastonon per lano aŭ frotante plastan kombilon per sekaj haroj. Dum frotado, elektronoj moviĝas de unu objekto al alia tiel ke unu objekto havas troon de elektronoj (mankas protonoj) kaj poste fariĝas negative ŝargita kaj la alia objekto havas elektronan mankon (mankas protonoj) kaj poste fariĝas pozitive ŝargita.
Indukto estas metodo por ŝargi objekton per alproksimiĝo de la ŝargita objekto al neŭtrala metala globo, sed sen tuŝi ĝin. La ŝargota objekto devas havi liberajn elektronojn, ĉar ĉi tiuj liberaj elektronoj povas moviĝi kiam induktitaj de elektre ŝargita objekto. Metalaj objektoj ĝenerale havas liberajn elektronojn. Objektoj kiel vitro, plasto aŭ ligno ne povas esti elektre ŝargitaj per indukto ĉar ĉi tiuj objektoj ne havas liberajn elektronojn.
La ĝusta respondo estas C.

Tipoj de elektra ŝargo

2. Kvar ŝargitaj objektoj (P, Q, R kaj S) kondutas jene. P kaj Q forpuŝas unu la alian, P kaj R altiras unu la alian, R kaj S forpuŝas unu la alian. Kiu el la jenaj asertoj estas ĝusta?
A. Se P estas negative ŝargita, tiam S estas negative ŝargita.
B. Se Q estas negative ŝargita, tiam S estas negative ŝargita.
C. Se R estas negative ŝargita, tiam P estas negative ŝargita
D. Se S estas negative ŝargita, tiam P estas pozitive ŝargita.
Diskuto
P kaj Q forpuŝas unu la alian ĉar P kaj Q havas la saman ŝargon.
P kaj R altiras unu la alian, tial P kaj R havas malsamspecajn ŝargojn
R kaj S forpuŝas unu la alian, tial R kaj S havas la saman ŝargon

Do se P kaj Q estas pozitive ŝargitaj, tiam R kaj S estas negative ŝargitaj aŭ se P kaj Q estas negative ŝargitaj, tiam R kaj S estas pozitive ŝargitaj.
La ĝusta respondo estas D.

3. Demandoj de la Nacia Scienca Olimpiko 2011 por Mezlernejoj je Regenteca/Urba Nivelo N-ro 59
Oni diras, ke objekto estas pozitive ŝargita se...
A. La objekto ricevas protonojn
B. Objektoj liberigas protonojn
C. Objektoj ricevas elektronojn
D. Objektoj liberigas elektronojn
Diskuto
Protonoj estas pozitive ŝargitaj, dum elektronoj estas negative ŝargitaj. Protonoj situas en la centro de atomoj, malhelpante ilin moviĝi de unu objekto al alia. Elektronoj, aliflanke, situas sur la surfaco de atomoj, permesante al ili moviĝi de unu objekto al alia. Objektoj elektre ŝargiĝas per aŭ liberigo de elektronoj aŭ akiro de elektronoj. Se objekto akiras elektronojn, ĝi havas troon de elektronoj (manko de protonoj), rezultante en negativa ŝargo. Se objekto liberigas elektronojn, ĝi havas troon de elektronoj (troon de protonoj), rezultante en pozitiva ŝargo.
Do, surbaze de la supra demando, oni diras, ke objekto havas pozitivan ŝargon, se la objekto liberigas elektronojn.
La ĝusta respondo estas D.

Elektra forto

4. Du elektraj ŝargoj de Q ĉiu₁ kaj Q₂ estas je distanco R havas forpuŝan forton de 100 N. Se la distanco inter la du ŝargoj estas reduktita al 1/3 R, tiam la forpuŝa forto de la elektraj ŝargoj fariĝas….
A. 33,33 N
B. 100 N
300 N
D. 900 N
Diskuto
Estas konate, ke:
Elektra ŝargo 1 = Q₁
Elektra ŝargo 2 = Q₂
Distanco inter la du ŝargoj = R
La forpuŝa forto inter la du ŝargoj (F) = 100 Neŭtonoj
Repuŝa forto signifas, ke ambaŭ elektraj ŝargoj estas de la sama tipo, ambaŭ pozitivaj aŭ ambaŭ negativaj.
Demandita: Se la distanco inter la du ŝargoj estas reduktita al 1/3 R, tiam la forpuŝa forto de la elektra ŝargo fariĝas...
Respondo:
Formulo de la leĝo de Kulombo:
F = k Q₁ Q₂ / R₂
Supozu R = 1, tiam la valoro de Q₁.Q₂ povas esti kalkulita:

Se la distanco inter la du ŝargoj estas reduktita al 1/3 R, tiam la forpuŝa forto de la elektra ŝargo (F) fariĝas:

La ĝusta respondo estas D.

5. Punkta ŝargo Q₁ = +4e kaj punkta ŝargo Q₂ = -3e estas tenataj je distanco de 0,3 m unu de la alia, kiel montrite en la suba figuro. Tiel ke la elektra forto aganta sur la ŝargon Q₂ estas nulo, la punkta ŝargo Q₃ = +16e estu metita en….
A. 0,3 m maldekstren de Q₁
B. 0,6 m dekstren de Q₁
C. 0,6 m dekstren de Q₂
D. 0,9 m maldekstren de Q₂
Diskuto
Estas konate, ke:
La ŝargo de elektrono (-e) aŭ protono (+e) = 1,60 x 10^-19 Kulombo
Punkta ŝargo Q₁ = +4e
Punkta ŝargo Q₂ = -3e
Punkta ŝargo Q₃ = +16e
La distanco inter punktaj ŝargoj Q₁ kaj punkta ŝargo Q₂ = 0,3 metro
Demando: Tiel ke la elektra forto aganta sur ŝargon Q₂ estas nulo, la punkta ŝargo Q₃ = +16e estu metita en….
Respondo:
La elektra forto inter ŝargoj Q₁ kaj ŝargo Q₂ :

Ŝarĝo Q₁ pozitiva kaj ŝarga Q₂ negativa tiel ke la direkto de la elektra forto F₁₂ maldekstren (direkte al ŝargo Q)₁).

Tiel ke la rezulta elektra forto aganta sur ŝargon Q₂ estas nulo tiam la grando de la elektra forto inter ŝargoj Q₂ kaj ŝargo Q₃ (F₃₂) = magnitudo de la elektra forto inter ŝargoj Q₁ kaj ŝargo Q₂ (F₁₂) kaj direkto F₃₂ devas esti kontraŭa al la direkto de F₁₂Direkto F₁₂ maldekstren tial la direkto F₃₂ devas iri dekstren. Memoru Q₃ estas pozitiva kaj Q₂ estas negativa ŝargo, tiel ke la direkto de F₃₂ dekstren tiam la ŝargo Q₃ devas esti metita dekstre de Q₂

La distanco inter ŝargoj Q₂ kaj ŝargo Q₃ kalkulita per la formulo de la leĝo de Kulombo:

La ĝusta respondo estas C.

Fonto de demando:

Demandoj pri Fiziko en Mezlernejo (OSN)