Sähköstaattinen voima – ongelmat ja ratkaisut

Sähköstaattinen voima – ongelmat ja ratkaisut

1. Jos staattinen sähkövoima on 144 N, mikä on näiden kahden varauksen välinen etäisyys … (1 μC = 10⁻⁶ C ja k = 9.10⁶ Nm² · C⁻² )

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 1

Tunnettu:

Sähkövoima (F12 ) = 144 N

Varaus 1 (q² ) = 10 μC = 10 x 10⁻⁶ C

Varaus 2 (q² ) = 4 μC = 4 x 10⁻⁶ C

Vakio (k) = 9 x 10⁻⁹ Nm² · C⁻²

C = Coulomb, N = Newton, m = metri

Haluttu: Molempien latausten välinen etäisyys (r)

ratkaisu:

Coulombin lain yhtälö :

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 2

F = staattinen sähkövoima, k = Coulombin vakio, q = sähkövaraus, r = molempien varausten välinen etäisyys

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 3

Molempien varausten välinen etäisyys (r) = 5 x 10⁻² metriä = 5 x 10⁻² x 10⁻² cm = 5 cm.

2. Kaksi varausta , joiden välinen etäisyys on r . Jos staattinen sähkövoima on 3.6 N, mikä on näiden kahden varauksen välinen etäisyys (1 μC = 10⁻⁶ C ja k = 9.10⁶ Nm² · C⁻² )?

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 4

Tunnettu:

Sähkövoima (F12 ) = 3.6 N

Varaus 1 (q² ) = 9 μC = 9 x 10⁻⁶ C

Varaus 2 (q² ) = 4 μC = 4 x 10⁻⁶ C

Coulombin vakio (k) = 9 x 10⁻⁹ Nm² · C⁻²

C = Coulomb, N = Newton, m = metri

Haluttu: Molempien latausten välinen etäisyys (r)

ratkaisu:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 5

Molempien varausten välinen etäisyys (r) = 0.3 m = 0.3 x 100 cm = 30 cm.

3. Kolme pistevarausta alla olevan kuvan mukaisesti. Mikä on staattisen sähkövoiman suuruus pisteessä A (k = 9.10 9 Nm 2 C -2 ; 1 μ = 10 -6 )?

Tunnettu:

veloittaa A (qA) = -2 μC = -2 x 10-6 CSähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 6

Varaus B (q B ) = 8 μC = 8 x 10⁻⁶ C

Varaus C (q C ) = 4,5 μC = 4,5 x 10⁻⁶ C

Coulombin vakio ( k) = 9 x 10⁻⁹ Nm² · C⁻²

Varausten A ja B välinen etäisyys (r AB ) = 4 cm = 4 x 10⁻² m

Varausten A ja C välinen etäisyys (r AC ) = 3 cm = 3 x 10⁻² m

C = Coulomb, N = Newton, m = metri

Etsitään: Staattinen sähkövoima pisteessä A

ratkaisu:

Coulombin lain yhtälö:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 7

F = staattinen sähkövoima , k = Coulombin vakio , q = sähkövaraus , r = molempien varausten välinen etäisyys

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 8

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 9

Staattinen sähkövoima pisteessä A:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 10

4. Kolmipistelataukset alla olevan kuvan mukaisesti. Mikä on varaukseen B kohdistuvan Coulombin voiman suuruus ( k = 9.10⁻⁶ Nm² · C⁻² ; 1 μC = 10⁻⁶ C )?

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 15

Tunnettu:

q A = 10 µC = 10 x 10⁻⁶ C = 10⁻⁶ Coulombia

q B = 10 µC = 10 x 10⁻⁶ = 10⁻⁶ Coulombia

q C = 20 µC = 20 x 10⁻⁶ = 2 x 10⁻⁶ Coulombia

r AB = 0.1 metriä = 10⁻¹ m

r BC = 0.1 metriä = 10⁻¹ m

k = 9 × 10⁻⁹ Nm² C −2

Etsitään: Panoksen B kokema Coulombin voima

ratkaisu:

Varaukseen B vaikuttaa kaksi Coulomb-voimaa, varausten A ja B välinen Coulomb-voima (F AB ) ja varausten B ja C välinen Coulomb-voima (F BC ). Varaukseen B vaikuttava Coulomb-voima on varausten F AB ja F BC yhteisvoima.

Coulombin voima varausten A ja B välillä:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 16

Varaus A on merkitty positiivisesti ja varaus B on merkitty positiivisesti, joten F AB osoittaa varaukseen C.

Coulombin voima varausten B ja C välillä:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 17

Varaus B on merkitty positiivisesti ja varaus C on merkitty positiivisesti, joten F BC osoittaa varaukseen A.

Varaukseen B vaikuttava Coulombin voima:

FB = FBC – FAB = 180 – 90 = 90 N

Varaukseen B vaikuttava Coulombin voima (FB ) on 90 Newtonia. FB :n suunta on sama kuin FBC:n suunta osoittaa varaukseen A.

5. Määritä varaukseen B kohdistuvan Couloumbin voiman suuruus ja suunta ( k = 9 x 10⁻⁹ Nm² C⁻² , 1 μC = 10⁻⁶ C ).

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 18

Tunnettu:

Varaus A (q A ) = +Q

Varaus B (q B ) = -2Q

Varaus C (q C ) = -Q

Varausten A ja B välinen etäisyys (r AB ) = r

Varausten B ja C välinen etäisyys (r BC ) = 2r

k = 9 × 10⁻⁹ Nm² C −2

Etsitään: Varaukseen B kohdistuvan Coulombin voiman suuruus ja suunta

ratkaisu:

Coulombin voima varausten A ja B välillä:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 19

Varaus A on positiivinen ja varaus B on negatiivinen, joten F- AB :n suunta osoittaa varaukseen A.

Coulombin voima varausten B ja C välillä:

Sähköstaattinen voima - ongelmia ja ratkaisuja 21

Varaus B on negatiivinen ja varaus C on negatiivinen, joten F BC :n suunta osoittaa varaukseen A.

Varaukseen B vaikuttava nettovoima:

F = FAB + FBC = 2 k Q2/r2 + 0.5 tuhatta Q2/r2 = 2.5 k Q2/r2 = 2.5 k Q2 r-2

Voiman suunta osoittaa varaukseen A tai vasemmalle.