فرمول بار الکتریکی و نیروی الکتریکی

نمونه سوالات و فرمول های مربوط به بار الکتریکی و نیروی الکتریکی

بار الکتریکی

۱. دو بار الکتریکی یکسان، هر کدام با جرم m = 9√3 x 10−4 ^{کیلوگرم} ، با استفاده از طنابی به طول l = 1 متر در یک نقطه آویزان شده‌اند. اگر دو بار الکتریکی به فاصله a = 1 متر از هم قرار داشته باشند، بزرگی هر بار ... است.

الف. ۴ میکروکولن
ب. ۲ میکروکولن
ج. ۱ میکروکولن
د. 0,5 میکروکولن

پمباهاسان
معلوم است که:
دو بار یکسان به معنای دو بار مشابه است، که در آن بارهای مشابه یکدیگر را دفع می‌کنند.
طول طناب (l) = 1 متر
فاصله بین دو بار (r) = 1 متر
جرم بار (متر) = 9√3 x 10^-4 kg
شتاب گرانش (g) = 10 متر بر ثانیه²
گرانش (w) = میلی‌گرم = (9√3 x 10^-4 کیلوگرم) (10 متر بر ثانیه)²) = 9√3 x 10^-3 نیوتن
پرسیده شد : بزرگی هر بار (q)
جواب:

زیرنویس:
F = نیروی الکتریکی دافعه بین بارهای ۱ و ۲
w₁ = وزن توپ ۲
w₂ = وزن توپ ۲
T₁ = نیروی کشش طناب ۲
T_1x = مؤلفه نیروی کششی طناب ۲ روی محور x
T_1y = مؤلفه نیروی کششی طناب ۲ روی محور y
T₂ = نیروی کشش طناب ۲
T_2x = مؤلفه نیروی کششی طناب ۲ روی محور x
T_2y = مؤلفه نیروی کششی طناب ۲ روی محور y
l₁ = طول طناب ۱
l_1x = مؤلفه طول رشته روی محور x
l_1y = مؤلفه طول رشته روی محور y

مقدار cos θ را محاسبه کنید:

نیروی کشش طناب (T1) را محاسبه _کنید :

مقدار sin θ را محاسبه کنید:

مولفه نیروی کششی وارد بر طناب را روی محور x (T _1x ) محاسبه کنید:

دو توپ در تعادل هستند به طوری که T _1x = F = 9 x 10 ^-3 نیوتن

بار هر گوی را با استفاده از فرمول قانون کولن محاسبه کنید:

بزرگی هر بار 1 × 10 است^-6 کولن یا ۱ میکروکولن.
جواب صحیح C است.

ایجاد بار الکتریکی در یک جسم

۱. دو راه برای دادن بار الکتریکی به یک جسم وجود دارد….
الف. مالش و الکترومغناطیس
ب. القا و الکترومغناطیس
ج. مالش و القا
د. القا و مغناطیس سازی
پمباهاسان
دو راه برای ایجاد بار الکتریکی در یک جسم وجود دارد: مالش و القا.
مالش روشی است برای ایجاد بار الکتریکی مثبت یا منفی در یک جسم، با مالش جسم با جسم دیگر، به عنوان مثال مالش یک میله شیشه‌ای با پشم یا مالش یک شانه پلاستیکی با موی خشک. در طول اصطکاک، الکترون‌ها از یک جسم به جسم دیگر حرکت می‌کنند به طوری که یک جسم الکترون اضافی (فاقد پروتون) دارد و سپس بار منفی پیدا می‌کند و جسم دیگر کمبود الکترون (فاقد پروتون) دارد و سپس بار مثبت پیدا می‌کند.
القا روشی برای باردار کردن یک جسم است که با نزدیک کردن جسم باردار به یک گوی فلزی خنثی، اما بدون تماس با آن، انجام می‌شود. جسمی که قرار است باردار شود باید الکترون آزاد داشته باشد، زیرا این الکترون‌های آزاد می‌توانند هنگام القا توسط یک جسم باردار الکتریکی حرکت کنند. اجسام فلزی عموماً الکترون آزاد دارند. اجسامی مانند شیشه، پلاستیک یا چوب را نمی‌توان با القا باردار کرد زیرا این اجسام الکترون آزاد ندارند.
جواب صحیح C است.

انواع بار الکتریکی

۲. چهار جسم باردار (P، Q، R و S) به صورت زیر رفتار می‌کنند. P و Q یکدیگر را دفع می‌کنند، P و R یکدیگر را جذب می‌کنند، R و S یکدیگر را دفع می‌کنند. کدام یک از جملات زیر صحیح است؟
الف) اگر P بار منفی داشته باشد، S نیز بار منفی دارد.
ب. اگر Q بار منفی داشته باشد، S نیز بار منفی دارد.
ج. اگر R بار منفی داشته باشد، P نیز بار منفی دارد.
د. اگر S بار منفی داشته باشد، P بار مثبت دارد.
پمباهاسان
P و Q یکدیگر را دفع می‌کنند زیرا P و Q بار یکسانی دارند.
P و R یکدیگر را جذب می‌کنند، بنابراین P و R بارهای ناهمنام دارند
R و S یکدیگر را دفع می‌کنند، بنابراین R و S بار یکسانی دارند.

بنابراین اگر P و Q بار مثبت داشته باشند، R و S بار منفی دارند یا اگر P و Q بار منفی داشته باشند، R و S بار مثبت دارند.
جواب صحیح D است.

۴. سوالات المپیاد علمی سراسری سال ۲۰۱۱ برای مدارس راهنمایی در سطح ریجنسی/شهرستان شماره ۵۶
جسمی را دارای بار مثبت می‌نامند که ...
الف. جسم پروتون دریافت می‌کند
ب. اشیاء پروتون آزاد می‌کنند
ج. اجسام الکترون دریافت می‌کنند
د. اجسام الکترون آزاد می‌کنند
پمباهاسان
پروتون‌ها بار مثبت دارند، در حالی که الکترون‌ها بار منفی دارند. پروتون‌ها در مرکز اتم‌ها قرار دارند و مانع از حرکت آنها از یک جسم به جسم دیگر می‌شوند. از سوی دیگر، الکترون‌ها روی سطح اتم‌ها قرار دارند و به آنها اجازه می‌دهند از یک جسم به جسم دیگر حرکت کنند. اجسام با آزاد کردن الکترون یا گرفتن الکترون، از نظر الکتریکی باردار می‌شوند. اگر جسمی الکترون بگیرد، الکترون‌های اضافی (کمبود پروتون) دارد و در نتیجه بار منفی دارد. اگر جسمی الکترون آزاد کند، الکترون‌های اضافی (پروتون‌های اضافی) دارد و در نتیجه بار مثبت دارد.
بنابراین بر اساس سوال بالا، اگر جسمی الکترون آزاد کند، گفته می‌شود که بار مثبت دارد.
جواب صحیح D است.

نیروی الکتریکی

۴. دو بار الکتریکی Q هر کدام₁ و کیو₂ در فاصله R قرار دارد و نیروی دافعه آن ۱۰۰ نیوتن است. اگر فاصله بین دو بار به ۱/۳ R کاهش یابد، نیروی دافعه بارهای الکتریکی ... می‌شود.
الف. 33,33 ن
ب. ۶۰ ن
ج. ۹۰ شمالی
د. 900 ن
پمباهاسان
معلوم است که:
بار الکتریکی ۲ = Q₁
بار الکتریکی ۲ = Q₂
فاصله بین دو بار = R
نیروی دافعه بین دو بار (F) = 100 نیوتن
نیروی دافعه به این معنی است که هر دو بار الکتریکی از یک نوع هستند، هر دو مثبت یا هر دو منفی.
پرسیده شد: اگر فاصله بین دو بار به 1/3 R کاهش یابد، آنگاه نیروی دافعه بار الکتریکی ... می‌شود.
جواب:
فرمول قانون کولن:
F = k Q₁ Q₂ / ر₂
فرض کنید R = 1 باشد، آنگاه مقدار Q₁.Q₂ قابل محاسبه است:

اگر فاصله بین دو بار به 1/3 R کاهش یابد، نیروی دافعه بار الکتریکی (F) برابر است با:

جواب صحیح D است.

۵. بار نقطه‌ای Q₁ = +4e و بار نقطه‌ای Q₂ = -3e در فاصله 0,3 متر از یکدیگر قرار دارند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. به طوری که نیروی الکتریکی وارد بر بار Q₂ صفر است، بار نقطه‌ای Q₃ = +16e باید در ... قرار گیرد.
الف. 0,3 متر در سمت چپ Q₁
ب. 0,6 متر در سمت راست Q₁
ج. 0,6 متر در سمت راست Q₂
د. 0,9 متر در سمت چپ Q₂
پمباهاسان
معلوم است که:
بار الکترون (-e) یا پروتون (+e) = 1,60 x 10^-19 کولوم
بار نقطه‌ای Q₁ = +4e
بار نقطه‌ای Q₂ = -3e
بار نقطه‌ای Q₃ = +16e
فاصله بین بارهای نقطه‌ای Q₁ و بار نقطه‌ای Q₂ = 0,3 متر
سوال: به طوری که نیروی الکتریکی وارد بر بار Q₂ صفر است، بار نقطه‌ای Q₃ = +16e باید در ... قرار گیرد.
جواب:
نیروی الکتریکی بین بارها Q₁ و بار Q₂ :

بار Q1 _مثبت و بار Q2 _منفی است، بنابراین جهت نیروی الکتریکی F12 _به سمت چپ (به سمت بار Q1 ₎ است.

به طوری که نیروی الکتریکی حاصل که بر بار Q وارد می‌شود₂ صفر باشد، آنگاه بزرگی نیروی الکتریکی بین بارها Q است.₂ و بار Q₃ (F₃₂) = بزرگی نیروی الکتریکی بین بارها Q₁ و بار Q₂ (F₁₂) و جهت F₃₂ باید خلاف جهت F باشد₁₂جهت F₁₂ به سمت چپ، بنابراین جهت F است₃₂ باید به سمت راست بروید. Q را به خاطر بسپارید₃ مثبت است و Q₂ بار منفی است، به طوری که جهت F₃₂ در سمت راست و سپس بار Q₃ باید در سمت راست Q قرار گیرد₂

فاصله بین بار Q2 _و بار Q3 _با استفاده از فرمول قانون کولن محاسبه می‌شود:

جواب صحیح C است.

منبع سوال:

سوالات OSN فیزیک دبیرستان راهنمایی