ელექტრული ძალა - პრობლემები და გადაწყვეტილებები
1. სამი მუხტი , როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე . რა არის ელექტრული ძალა , რომელსაც განიცდის მუხტი B? k = 9 x 10 9 ნმ 2 C −2 , 1 μC = 10 −6 C.
ცნობილი:
qA = 10 µC = 10 x 10-6 C = 10-5 კულომბი
q B = 10 µC = 10 x 10 -6 = 10 -5 კულონი
q C = 20 µC = 20 x 10 -6 = 2 x 10 -5 კულონი
რ AB = 0.1 მ = 10 -1 მ
r BC = 0.1 მ = 10 -1 მ
k = 9 x 10 9 ნმ 2 C −2
სასურველი: ელექტრული ძალა, რომელსაც განიცდის B მუხტი
გამოსავალი:
B მუხტზე მოქმედებს ორი ელექტრული ძალა: A და B მუხტებს შორის ელექტრული ძალა (F AB ) და B და C მუხტებს შორის ელექტრული ძალა (F BC ). B მუხტის მიერ განცდილი ელექტრული ძალა არის F AB და F BC ძალის რეზულტატი.
ელექტრული ძალა A და B მუხტებს შორის:
მუხტი A დადებითია და მუხტი B დადებითია, ამიტომ F AB- ის მიმართულება C მუხტისკენ მიუთითებს .
ელექტრული ძალა B და C მუხტებს შორის:
მუხტი B დადებითია და მუხტი C დადებითია, ამიტომ F BC მიუთითებს მუხტზე A.
B მუხტის მიერ განცდილი ელექტრული ძალა:
F B = F BC – F AB = 180 – 90 = 90 N.
B მუხტის (F B ) მიერ განცდილი ელექტრული ძალის სიდიდე 90 ნიუტონია . F B მუხტის მიმართულება იგივეა, რაც F BC მუხტის მიმართულება, რომელიც A მუხტისკენ მიუთითებს .
2. რა არის ელექტრული ძალის სიდიდე და მიმართულება B მუხტზე. ( k = 9 x 10 9 ნმ 2 C −2 , 1 μC = 10 −6 C)
ცნობილი:
მუხტი A (q A ) = +Q
მუხტი B (q B ) = -2Q
მუხტი C (q C ) = -Q
A და B მუხტებს შორის მანძილი (r AB ) = r
B და C მუხტებს შორის მანძილი (r BC ) = 2r
k = 9 x 10 9 ნმ 2 C −2
სასურველი: B მუხტზე ელექტრული ძალის სიდიდე და მიმართულება.
გამოსავალი:
ელექტრული ძალა A და B მუხტებს შორის:
მუხტი A დადებითია და მუხტი B დადებითია, ამიტომ F AB- ის მიმართულება A მუხტისკენ მიუთითებს .
ელექტრული ძალა B და C მუხტებს შორის:
მუხტი B უარყოფითია და მუხტი C უარყოფითია, ამიტომ F BC- ის მიმართულება A მუხტისკენ მიუთითებს .
B მუხტზე მოქმედებს ჯამური ძალა:
F = F AB + F BC = 2 კ Q2 / r2 + 0.5 კ Q2 / r2 = 2.5 კ Q2 / r2 = 2.5 კ Q2 r -2
ელექტრული ძალის მიმართულება A მუხტისკენაა მიმართული (მარცხნივ).
3. ორი ელექტრული მუხტი, ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე. A წერტილში მუხტის ტემპერატურაა 8 µC და ორივე მუხტზე მოქმედი ელექტრული ძალაა 45 N. თუ მუხტი A მარჯვნივ 1 სმ-ით გადაადგილდება, რა არის ორივე მუხტზე მოქმედი მიზიდულობის ძალა? k = 9.10 9 ნმ 2 .C -2.
ცნობილი:
ელექტრული მუხტი A წერტილში (qA) = 8 µC = 8 x 10-6 კულომბი
ელექტრული ძალა მოქმედებს ორივე მუხტზე (F) = 45 ნიუტონი
ორივე მუხტს შორის მანძილი (r AB ) = 4 სმ = 0.04 მეტრი = 4 x 10 -2 მეტრი
მუდმივი (k) = 9 x 10 9 ნმ 2 .C -2
სასურველი: ელექტრული ძალა ორ მუხტს შორის, თუ მუხტი A 1 სმ-ით მარჯვნივ გადაადგილდება.
გამოსავალი:
ელექტრული მუხტი B წერტილში :
ელექტრული ძალის განტოლება:
F = k (q A )(q B ) / r2
F r 2 = k (q A )(q B )
q B = F r2 / k (q A )
ელექტრული მუხტი B წერტილში :
q B = (45)(4 x 10 -2 ) 2 / (9 x 10 9 )(8 x 10 -6 )
q B = (45)(16 x 10 -4 ) / 72 x 10 3
q B = (720 x 10 -4 ) / (72 x 10 3 )
q B = 10 x 10 -7 კულონი
ელექტრული ძალა A და B მუხტებს შორის:
თუ A წერტილში მუხტი მარჯვნივ გადაადგილდება 1 სმ-ით, მაშინ ორივე მუხტს შორის მანძილი იქნება 3 სმ = 0.03 მეტრი = 3 x 10 -2 მეტრი.
F = k (q A )(q B ) / r2
F = (9 x 109 ) (8 x 10 -6 )(10 x 10 -7 ) / (3 x 10 -2 ) 2
F = (9 x 10 9 )(80 x 10 -13 ) / (9 x 10 -4 )
F = (1 x 10 9 )(80 x 10 -13 ) / (1 x 10 -4 )
F = (80 x 10 -4 ) / (1 x 10 -4 )
F = 80 ნიუტონი
4. P და Q წერტილებში ორი ელექტრული მუხტი ერთმანეთისგან 10 სმ მანძილით არის დაშორებული და განიცდიან 8 ნიუტონის მიზიდულობის ძალას. თუ მუხტი Q 5 სმ-ით გადაადგილდება P მუხტისკენ, მაშინ რა არის ელექტრული ძალა? (1 µC = 10-6 C და k = 9 x 109 ნმ 2 .C -2 ).
ცნობილი:
P და Q მუხტებს შორის მანძილი (rPQ) = 10 სმ = 0.1 მ = 1 x 10-1 m 
ელექტრული ძალა P და Q მუხტებს შორის (F) = 8 N
ელექტრული მუხტი Q (q Q ) = 40 µC = 40 x 10 -6 C
მუდმივი (k) = 9 x 10 9 ნმ 2 .C -2
სასურველი: P და Q მუხტებს შორის მოქმედი ელექტრული ძალა, თუ Q მუხტი 5 სმ-ით გადაადგილდება P მუხტისკენ.
გამოსავალი:
პირველ რიგში, გამოთვალეთ ელექტრული მუხტი P, შემდეგ კი გამოთვალეთ ელექტრული ძალა ორივე მუხტს შორის, თუ ელექტრული მუხტი Q 5 სმ-ით გადაადგილდება P მუხტისკენ.
ელექტრული მუხტი P :
q P = F r2 / k (q Q )
q P = (8)(1 x 10 -1 ) 2 / (9 x 10 9 )(40 x 10 -6 )
q P = (8)(1 x 10 -2 ) / 360 x 10 3
q P = (8 x 10 -2 ) / (36 x 104 )
q P = (1 x 10 -2 ) / (4.5 x 10 4 )
q P = (1 / 4.5) x 10 -6 კულონი
ელექტრული ძალა P და Q მუხტებს შორის:
თუ Q წერტილში მუხტი 5 სმ-ით მარცხნივ გადაინაცვლებს, მაშინ ორივე მუხტს შორის მანძილი იქნება 5 სმ = 0.05 მეტრი = 5 x 10 -2 მეტრი.
F = k (q P )(q Q ) / r2
F = (9 x 109 ) ((1 / 4.5) x 10 -6 )(40 x 10 -6 ) / (5 x 10 -2 ) 2
F = (2 x 10 3 )(40 x 10 -6 ) / (25 x 10 -4 )
F = (80 x 10 -3 ) / (25 x 10 -4 )
F = 3.2 x 10 1
F = 32 ნიუტონი
5. მუხტი q B განიცდის ელექტრულ ძალას 8 N (1 µC = 10-6 C და k = 9.10 9 Nm 2 .C -2 ). თუ მუხტი q B გადაადგილდა A-დან 4 სმ-ით, მაშინ რა არის q B-ს მიერ განცდილი ელექტრული ძალა?
ცნობილი:
A და B მუხტებს შორის მანძილი (rAB) = 2 სმ = 0.02 მ = 2 x 10-2 m 
ელექტრული ძალა A და B მუხტებს შორის (F) = 8 N
ელექტრული მუხტი A (q A ) = 2 µC = 2 x 10 -6 C
მუდმივი (k) = 9 x 10 9 ნმ 2 .C -2
სასურველი: A და B მუხტებს შორის ელექტრული ძალა, თუ ორივე მუხტს შორის მანძილი 4 სმ-ია.
გამოსავალი:
პირველ რიგში, გამოთვალეთ ელექტრული მუხტი B, შემდეგ კი გამოთვალეთ ელექტრული ძალა ორივე მუხტს შორის, თუ ორივე მუხტს შორის მანძილი 4 სმ = 0.04 მეტრი = 4 x 10 -2 მეტრია.
ელექტრული მუხტი B წერტილში :
q B = F r2 / k (q A )
q B = (8)(2 x 10 -2 ) 2 / (9 x 10 9 )(2 x 10 -6 )
q B = (8)(4 x 10 -4 ) / (18 x 10 3 )
q B = (32 x 10 -4 ) / (18 x 10 3 )
q B = (32/18) x 10 -7
qB = (16/9) x 10 -7 კულონი
ელექტრული ძალა A და B მუხტებს შორის:
F = k (q A )(q B ) / r2
F = (9 x 109 ) (2 x 10 -6 )((16/9) x 10 -7 ) / (4 x 10 -2 ) 2
F = (18 x 10 3 )((16/9) x 10 -7 ) / (16 x 10 -4 )
F = (2 x 10 3 )(16 x 10 -7 ) / (16 x 10 -4 )
F = (2 x 10 3 )(1 x 10 -7 ) / (1 x 10 -4 )
F = (2 x 10 -4 ) / (1 x 10 -4 )
F = 2 ნიუტონი
6. სამი მუხტი A, B და C, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე. AB = BC = 20 სმ და მუხტები ერთნაირია (q = 2µC). k = 9.10 9 ნმ 2 .C -2 , 1 µ = 10 -6 . რა არის ელექტრული ძალის სიდიდე, რომელიც მოქმედებს B წერტილზე?
ცნობილი:
მუხტი A წერტილში (qA) = 2 µC = 2 x 10-6 კულომბი 
B წერტილში მუხტი (q B ) = 2 µC = 2 x 10 -6 კულონი
მუხტი C წერტილში (q C ) = 2 µC = 2 x 10 -6 კულონი
მანძილი B-დან C-მდე (r BC ) = 20 სმ = 0.2 მეტრი = 2 x 10 -1 მეტრი
მანძილი B-დან A-მდე (r BA ) = 20 სმ = 0.2 მეტრი = 2 x 10 -1 მეტრი
k = 9.10 9 ნმ 2 .C -2
სასურველია: ელექტრული ძალის სიდიდე, რომელიც მოქმედებს B წერტილზე.
გამოსავალი:
ელექტრული ძალა მუხტებს შორის B და C წერტილებში:
F BC = k (q B )(q C ) / r BC 2
F BC = (9 x 109 ) (10 x 2 -6 )(2 x 10 -6 ) / (2 x 10 -1 ) 2
F BC = (9 x 10 9 )(4 x 10 -12 ) / (4 x 10 -2 )
F BC = (36 x 10 -3 ) / (4 x 10 -2 )
F BC = 9 x 10 -1
F BC = 0.9 ნიუტონი
B და C წერტილებში ელექტრული მუხტები დადებითია, ამიტომ ელექტრული ძალის F BC მიმართულება C წერტილიდან მარცხნივ არის მიმართული.
ელექტრული ძალა მუხტებს შორის B და A წერტილებში:
F BA = k (q B )(q A ) / r BA 2
F BA = (9 x 109 ) (10 x 2 -6 )(2 x 10 -6 ) / (2 x 10 -1 ) 2
F BA = (9 x 109 ) (4 x 10 -12 ) / (9 x 10 -2 )
F BA = (36 x 10 -3 ) / (4 x 10 -2 )
ფ BA = 9 x 10 -1
F BA = 0.9 ნიუტონი
B და A წერტილებში ელექტრული მუხტები დადებითია, ამიტომ ელექტრული ძალის F BA მიმართულება ქვევითაა, A წერტილიდან საპირისპირო მიმართულებით.
ელექტრული ძალების შედეგი:
7. სამი მუხტი Q1 , Q2 და Q3, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე. AB-ს სიგრძე = BC-ს სიგრძე = 30 სმ. ცნობილია: k = 9.10 9 ნმ 2.C -2 და 1 µ = 10 -6, მაშინ Q1 მუხტზე მოქმედი ელექტრული ძალის რეზულტატი.
ცნობილი:
მუხტი A წერტილში (qA) = 3 µC = 3 x 10-6 კულომბი 
B წერტილში მუხტი (q B ) = -10 µC = -10 x 10 -6 კულონი
მუხტი C წერტილში (q C ) = 4 µC = 4 x 10 -6 კულონი
მანძილი B-დან C-მდე (r BC ) = 30 სმ = 0.3 მეტრი = 3 x 10 -1 მეტრი
მანძილი B-დან C-მდე (r BA ) = 30 სმ = 0.3 მეტრი = 3 x 10 -1 მეტრი წმ
k = 9.10 9 ნმ 2 .C -2
სასურველი: B წერტილში ელექტრული ძალის რეზულტატი
გამოსავალი:
ელექტრული ძალა მუხტებს შორის B და C წერტილებში:
F BC = k (q B )(q C ) / r BC 2
F BC = (9 x 109 ) (10 x 10 -6 )(4 x 10 -6 ) / (3 x 10 -1 ) 2
F BC = (9 x 10 9 )(40 x 10 -12 ) / (9 x 10 -2 )
F BC = (360 x 10 -3 ) / (9 x 10 -2 )
F BC = 40 x 10 -1
F BC = 4 ნიუტონი
B წერტილში ელექტრული მუხტი უარყოფითია, ხოლო C წერტილში - დადებითი, ამიტომ ელექტრული ძალის F BC მიმართულება მარჯვნივ, C წერტილისკენაა.
ელექტრული ძალა მუხტებს შორის B და A წერტილებში:
F BA = k (q B )(q A ) / r BA 2
F BA = (9 x 109 ) (10 x 10 -6 )(3 x 10 -6 ) / (3 x 10 -1 ) 2
F BA = (9 x 109 ) (30 x 10 -12 ) / (9 x 10 -2 )
F BA = (270 x 10 -3 ) / (9 x 10 -2 )
F BA = 30 x 10 -1
F BA = 3 ნიუტონი
B წერტილში ელექტრული მუხტი უარყოფითია, ხოლო A წერტილში - დადებითი, ამიტომ ელექტრული ძალის F BA მიმართულება ზემოთაა მიმართული, A წერტილისკენ.
ელექტრული ძალის შედეგი:
- რა არის ელექტრული ძალა? უპასუხეთელექტრული ძალა არის ფუნდამენტური ძალა, რომელიც წარმოიქმნება ობიექტებს შორის მათი ელექტრული მუხტების გამო. ის შეიძლება იყოს მიზიდული (საპირისპირო მუხტებს შორის) ან განზიდული (ერთნაირი მუხტებს შორის).
- როგორ განისაზღვრება ორ წერტილოვან მუხტს შორის ელექტრული ძალის სიდიდე? უპასუხეთორ წერტილოვან მუხტს შორის ელექტრული ძალის სიდიდე მოცემულია კულონის კანონით. ის პირდაპირპროპორციულია მუხტების სიდიდეების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. , სადაც არის კულონის მუდმივა.
- რა მოხდება ელექტრულ ძალასთან, თუ ორ მუხტს შორის მანძილი გაორმაგდება? უპასუხეთთუ ორ მუხტს შორის მანძილი გაორმაგდება, ელექტრული ძალა მისი საწყისი მნიშვნელობის ერთი მეოთხედი გახდება, რადგან ძალა იცვლება მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულად.
- როგორ შეედრება ელექტრული ძალა გრავიტაციულ ძალას? უპასუხეთელექტრული ძალები შეიძლება იყოს როგორც მიმზიდველი, ასევე განზიდული, ხოლო გრავიტაციული ძალები მხოლოდ მიმზიდველია. გარდა ამისა, ჩვეულებრივი ობიექტებისა და მანძილებისთვის ელექტრული ძალები, როგორც წესი, გაცილებით ძლიერია, ვიდრე გრავიტაციული ძალები, იმის გათვალისწინებით, რომ გრავიტაციული ძალები ელექტრულ ძალასთან შედარებით მრავალი რიგით სუსტია.
- რა არის სუპერპოზიციის პრინციპი ელექტრულ ძალებთან მიმართებაში? უპასუხეთსუპერპოზიციის პრინციპი ამბობს, რომ სხვა მუხტების ერთობლიობით გამოწვეული მუხტზე მოქმედი ჯამური ელექტრული ძალა არის თითოეული მუხტის მიერ ცალ-ცალკე აღებული ძალების ვექტორული ჯამი.
- რატომ არ ვგრძნობთ ელექტრულ ძალებს ყოველდღიურ ობიექტებში, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი დამუხტული ნაწილაკებისგან შედგება? უპასუხეთყოველდღიური ობიექტები, როგორც წესი, ელექტრულად ნეიტრალურია, რაც ნიშნავს, რომ მათ აქვთ დადებითი და უარყოფითი მუხტების თანაბარი რაოდენობა. ამ მუხტებს შორის ძალები დაბალანსებულია, ამიტომ ჯამური ელექტრული ძალა ნულის ტოლია.
- როგორ მოქმედებს დამიწება დამუხტულ ობიექტზე ელექტრულ ძალაზე? უპასუხეთდამუხტული ობიექტის დამიწება საშუალებას აძლევს მუხტს იმოძრაოს ობიექტსა და დედამიწას შორის მანამ, სანამ ობიექტი არ განეიტრალდება, რაც ეფექტურად აღმოფხვრის ობიექტზე მისი საწყისი მუხტით გამოწვეულ ჯამურ ელექტრულ ძალას.
- შეუძლია თუ არა ელექტრულ ძალას ვაკუუმში მოქმედება? უპასუხეთდიახ, ელექტრული ძალა შეიძლება მოქმედებდეს ვაკუუმში. მის გასავრცელებლად გარემო არ არის საჭირო. ეს აშკარაა იქიდან, თუ როგორ შეიძლება არსებობდეს ელექტრული ველები და როგორ მოქმედებს ისინი დამუხტულ ნაწილაკებზე კოსმოსში.
- რა როლს ასრულებს ელექტრული მუდმივა (ან თავისუფალი სივრცის დიელექტრული შეღწევადობა) ელექტრული ძალის სიძლიერის განსაზღვრაში? უპასუხეთელექტრული მუდმივა, რომელიც ასევე ცნობილია, როგორც თავისუფალი სივრცის დიელექტრული შეღწევადობა, გავლენას ახდენს მუხტებს შორის ელექტრული ძალის სიძლიერეზე. უფრო მაღალი დიელექტრული შეღწევადობა გულისხმობს უფრო სუსტ ელექტრულ ძალებს და პირიქით. კულონის მუდმივა, , დაკავშირებულია ამ მნიშვნელობასთან, როგორც .
-
თუ ორი მუხტი ერთმანეთთან მიმართებაში მოძრაობს, იცვლება თუ არა მათ შორის ძალა? პასუხი : თუ ორი მუხტი ერთმანეთთან მიმართებაში მოძრაობს, მათ ელექტრული ველების გარდა შეუძლიათ მაგნიტური ველების წარმოქმნა. ეს ნიშნავს, რომ მოძრავ მუხტებს შორის ურთიერთქმედება არა მხოლოდ ელექტრული, არამედ მაგნიტური ძალებითაც იქნება განპირობებული. კომბინირებული ურთიერთქმედება აღწერილია ელექტრომაგნიტური ძალით. ამრიგად, მიუხედავად იმისა, რომ მუხტებით გამოწვეული ელექტრული ძალა არ იცვლება მხოლოდ იმიტომ, რომ ისინი მოძრაობენ, საერთო ძალა შეიძლება შეიცვალოს მაგნიტური ეფექტების გამო.
