Siła elektrostatyczna – problemy i rozwiązania
1. Jeśli siła elektrostatyczna wynosi 144 N, jaka jest odległość między ładunkami … (1 μC = 10 -6 C i k = 9.10 9 Nm 2 .C -2 )
Znany:
Siła elektryczna (F 12 ) = 144 N
Ładunek 1 (q 1 ) = 10 μC = 10 x 10 -6 C
Ładunek 2 (q 2 ) = 4 μC = 4 x 10 -6 C
Stała (k) = 9 x 10 9 Nm 2 .C -2
C = Coulomb, N = Newton, m = metr
Poszukiwana: odległość między ładunkami (r)
rozwiązanie:
Równanie prawa Coulomba :
F = siła elektrostatyczna, k = stała Coulomba, q = ładunek elektryczny, r = odległość między ładunkami
Odległość między ładunkami (r) = 5 x 10 -2 metrów = 5 x 10 -2 x 10 2 cm = 5 cm.
2. Dwa ładunki oddzielone odległością r . Jeśli siła elektrostatyczna wynosi 3.6 N, jaka jest odległość między ładunkami (1 μC = 10-6 C i k = 9.10 9 Nm2 .C -2 )?
Znany:
Siła elektryczna (F 12 ) = 3.6 N
Ładunek 1 (q 1 ) = 9 μC = 9 x 10 -6 C
Ładunek 2 (q 2 ) = 4 μC = 4 x 10 -6 C
Stała Coulomba (k) = 9 x 10 9 Nm 2 .C -2
C = Coulomb, N = Newton, m = metr
Poszukiwana: odległość między ładunkami (r)
rozwiązanie:
Odległość między ładunkami (r) = 0.3 m = 0.3 x 100 cm = 30 cm.
3. Trzy ładunki punktowe , jak pokazano na poniższym rysunku. Jaka jest wartość siły elektrostatycznej w punkcie A (k = 9.10 9 Nm2 .C -2 ; 1 μ = 10-6 )
Znany:
Opłata A (qA) = -2 μC = -2 x 10-6 C
Ładunek B (q B ) = 8 μC = 8 x 10 -6 C
Ładunek C (q C ) = 4,5 μC = 4,5 x 10 -6 C
Stała Coulomba (k) = 9 x 10 9 Nm 2 .C -2
Odległość między ładunkami A i B (r AB ) = 4 cm = 4 x 10 -2 m
Odległość między ładunkami A i C (r AC ) = 3 cm = 3 x 10 -2 m
C = Coulomb, N = Newton, m = metr
Poszukiwana: siła elektrostatyczna w punkcie A
rozwiązanie:
Równanie prawa Coulomba:
F = siła elektrostatyczna , k = stała Coulomba , q = ładunek elektryczny , r = odległość między ładunkami
Siła elektrostatyczna w punkcie A:
4. Ładunki trzypunktowe, jak pokazano na poniższym rysunku. Jaka jest wartość siły Coulomba, której podlega ładunek B ( k = 9.10 9 Nm2 .C -2 ; 1 μC = 10 -6 C ).
Znany:
q A = 10 µC = 10 x 10 -6 C = 10 -5 kulombów
q B = 10 µC = 10 x 10 -6 = 10 -5 kulombów
q C = 20 µC = 20 x 10 -6 = 2 x 10 -5 kulombów
r AB = 0.1 metra = 10 -1 m
r BC = 0.1 metra = 10 -1 m
k = 9 x 10 9 Nm2 C − 2
Poszukiwane: siła Coulomba doświadczana przez ładunek B
rozwiązanie:
Na ładunek B działają dwie siły Coulomba: siła Coulomba między ładunkami A i B (F AB ) oraz siła Coulomba między ładunkami B i C (F BC ). Siła Coulomba działająca na ładunek B jest wypadkową sił F AB i F BC.
Siła Coulomba pomiędzy ładunkami A i B:
Ładunek A ze znakiem dodatnim i ładunek B ze znakiem dodatnim, tak że F AB wskazuje na ładunek C.
Siła Coulomba pomiędzy ładunkami B i C:
Ładunek B oznaczony znakiem dodatnim i ładunek C oznaczony znakiem dodatnim, tak że znak F wskazuje na ładunek A.
Siła Coulomba działająca na ładunek B:
F B = F BC – F AB = 180 – 90 = 90 N
Siła Coulomba działająca na ładunek B (F B ) wynosi 90 niutonów. Kierunek siły F B jest taki sam, jak kierunek siły F BC wskazującej ładunek A.
5. Określ wartość i kierunek siły Coulomba działającej na ładunek B ( k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2 , 1 μC = 10 −6 C).
Znany:
Ładunek A (q A ) = +Q
Opłata B (q B ) = -2Q
Ładunek C (q C ) = -Q
Odległość między ładunkami A i B (r AB ) = r
Odległość między ładunkami B i C (r BC ) = 2r
k = 9 x 10 9 Nm2 C − 2
Poszukiwane: wielkość i kierunek siły Coulomba działającej na ładunek B
rozwiązanie:
Siła Coulomba pomiędzy ładunkami A i B:
Ładunek A jest dodatni, a ładunek B ujemny, zatem kierunek F AB wskazuje na ładunek A.
Siła Coulomba pomiędzy ładunkiem B i ładunkiem C:
Ładunek B jest ujemny i ładunek C jest ujemny, zatem kierunek F BC wskazuje na ładunek A.
Siła wypadkowa działająca na ładunek B:
F = FAB + F.BC = 2 tys. Q2/r2 + 0.5 tys. Q2/r2 = 2.5 tys. Q2/r2 = 2.5 tys. Q2 r-2
Kierunek siły wskazuje na ładunek A lub na lewo.
