Forca elektrike - problemet dhe zgjidhjet

Forca elektrike - problemet dhe zgjidhjet

1. Tre ngarkesa siç tregohet në figurën më poshtë . Cila është forca elektrike e përjetuar nga ngarkesa B. k = 9 x 10 ⁹ Nm ² C ⁻² , 1 μC = 10 ⁻⁶ C.

I njohur:

q_A = 10 µC = 10 x 10^-6 C = 10^-5 Kulomb

q _B = 10 µC = 10 x 10 ^-6 = 10 ^-5 Kulomb

q _C = 20 µC = 20 x 10 ^-6 = 2 x 10 ^-5 Kulomb

r _AB = 0.1 m = 10 ^-1 m

r _BC = 0.1 m = 10 ^-1 m

^k = 9 x ¹⁰⁹ Nm2C − ²

Kërkohet: Forca elektrike e përjetuar nga ngarkesa B

zgjidhje:

Mbi ngarkesën B veprojnë dy forca elektrike, që është forca elektrike midis ngarkesës A dhe ngarkesës B (F- _AB ) dhe gjithashtu forca elektrike midis ngarkesave B dhe C (F _-BC ). Forca elektrike që përjeton ngarkesa B është rezultante e forcës F- _AB dhe forcës F- _BC.

Forca elektrike midis ngarkesave A dhe B:

Ngarkesa A është pozitive dhe ngarkesa B është pozitive, kështu që drejtimi i F _AB tregon nga ngarkesa C.

Forca elektrike midis ngarkesave B dhe C:

Ngarkesa B është pozitive dhe ngarkesa C është pozitive, kështu që F _BC tregon nga ngarkesa A.

Forca elektrike e përjetuar nga ngarkesa B:

F _B = F _BC – F _AB = 180 – 90 = 90 N.

Madhësia e forcës elektrike të përjetuar nga ngarkesa B (F2B ₎ është 90 Njuton. Drejtimi i forcës _F2B është i njëjtë me drejtimin e _{forcës F2BC} , që tregon për në ngarkesën A.

2. Cila është madhësia dhe drejtimi i forcës elektrike në ngarkesën B. ( k = 9 x 10 ⁹ Nm ² C ⁻² , 1 μC = 10 ⁻⁶ C)

I njohur:

Ngarkesa A (q _A ) = +Q

Ngarkesa B (q _B ) = -2Q

Ngarkesa C (q _C ) = -Q

Distanca midis ngarkesave A dhe B (r _AB ) = r

Distanca midis ngarkesave B dhe C (r _BC ) = 2r

^k = 9 x ¹⁰⁹ Nm2C − ²

Kërkohet: Madhësia dhe drejtimi i forcës elektrike në ngarkesën B.

zgjidhje:

Forca elektrike midis ngarkesave A dhe B:

Ngarkesa A është pozitive dhe ngarkesa B është pozitive, kështu që drejtimi i F _AB tregon nga ngarkesa A.

Forca elektrike midis ngarkesës B dhe ngarkesës C:

Ngarkesa B është negative dhe ngarkesa C është negative, kështu që drejtimi i F _BC tregon nga ngarkesa A.

Forca reto vepron mbi ngarkesën B:

F = F _AB + F _BC = 2 k Q2 ^/ r2 ⁺ 0.5 k Q2 ^/ r2 ⁼ 2.5 k Q2 ^/ r2 ⁼ 2.5 k ^Q2 r ^-2

Drejtimi i forcës elektrike tregon nga ngarkesa A (majtas).

3. Dy ngarkesa elektrike, të paraqitura në figurën më poshtë. Ngarkesa në pikën A është 8 µC dhe forca elektrike që vepron mbi të dyja ngarkesat është 45 N. Nëse ngarkesa A lëviz djathtas 1 cm, cila është forca tërheqëse që vepron mbi të dyja ngarkesat. k = 9.10 ⁹ Nm ² .C ^-2.

I njohur:

Ngarkesa elektrike në pikën A (q_A) = 8 µC = 8 x 10^-6 Kulomb

Forca elektrike vepron mbi të dy ngarkesat (F) = 45 Njuton

Distanca midis dy ngarkesave (r _AB ) = 4 cm = 0.04 metra = 4 x 10 ^-2 metra

Konstantja (k) = ⁹ x ¹⁰⁹ Nm2.C ^-2

Kërkohet: Forca elektrike midis dy ngarkesave nëse ngarkesa A lëviz djathtas 1 cm.

zgjidhje:

Ngarkesa elektrike në pikën B :

Ekuacioni i forcës elektrike:

F = k (q _A )(q _B ) / ^r2

F r2 ⁼ k (q _A )(q _B )

q _B = F r2 ^/ k (q _A )

Ngarkesa elektrike në pikën B :

q _B = (45)(4 x ^10-2 ) ² / (9 x ¹⁰⁹ )(8 x ^10-6 )

q _B = (45)(16 x ^10-4 ) / 72 x ¹⁰³

q _B = (720 x ^10-4 ) / (72 x ¹⁰³ )

q _B = 10 x 10 ^-7 Kulomb

Forca elektrike midis ngarkesave elektrike A dhe B:

Nëse ngarkesa në pikën A lëviz djathtas 1 cm, atëherë distanca midis dy ngarkesave është 3 cm = 0.03 metra = 3 x 10 ^-2 metra.

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 103 ⁾ (80 x ^10-13 ) / (9 x ^10-4 )

F = (1 x 103 ⁾ (80 x ^10-13 ) / (1 x ^10-4 )

F = (80 x 10 ^-4 ) / (1 x 10 ^-4 )

F = 80 Njuton

4. Dy ngarkesa elektrike në pikat P dhe Q janë të ndara nga një distancë prej 10 cm, përjetojnë forcën tërheqëse prej 8 Njutoni. Nëse ngarkesa Q lëviz 5 cm drejt ngarkesës P, atëherë cila është forca elektrike. (1 µC = 10-6 ^C dhe k = 9 x 109 ^Nm 2 ^.C -2 ⁾.

I njohur:

Distanca midis ngarkesave P dhe Q (r_PQ) = 10 cm = 0.1 m = 1 x 10^-1 m

Forca elektrike midis ngarkesave P dhe Q (F) = 8 N

Ngarkesa elektrike Q (q _Q ) = 40 µC = 40 x 10 ^-6 C

Konstantja (k) = ⁹ x ¹⁰⁹ Nm2.C ^-2

Kërkohet: Forca elektrike midis ngarkesave P dhe Q nëse ngarkesa Q lëviz 5 cm drejt ngarkesës P.

zgjidhje:

Së pari, llogaritni ngarkesën elektrike P, dhe pastaj llogaritni forcën elektrike midis dy ngarkesave, nëse ngarkesa elektrike Q zhvendoset 5 cm drejt ngarkesës P.

Ngarkesa elektrike P :

q _P = F r ² / k (q _Q )

q _P = (8)(1 x ^10-1 ) ² / (9 x ¹⁰⁹ )(40 x ^10-6 )

q _P = (8)(1 x ^10-2 ) / 360 x ¹⁰³

q _P = (8 x 10-2 ⁾ / (36 x ¹⁰⁴ )

q _P = (1 x 10-2 ⁾ / (4.5 x ¹⁰⁴ )

q _P = (1 / 4.5) x 10 ^-6 Kulomb

Forca elektrike midis ngarkesave elektrike P dhe Q:

Nëse ngarkesa në pikën Q zhvendoset 5 cm majtas, atëherë distanca midis dy ngarkesave është 5 cm = 0.05 metra = 5 x 10 ^-2 metra

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 103 ⁾ (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 Njuton

5. Forca elektrike e përjetuar nga ngarkesa q _B është 8 N (1 µC = 10-6 ^C dhe k = 9.109 ^{Nm2.C-2 )} . Nëse ^ngarkesa q _B lëviz 4 cm nga A, atëherë cila është forca elektrike e përjetuar nga q _B?

I njohur:

Distanca midis ngarkesave A dhe B (r_AB) = 2 cm = 0.02 m = 2 x 10^-2 m

Forca elektrike midis ngarkesave A dhe B (F) = 8 N

Ngarkesa elektrike A (q _A ) = 2 µC = 2 x 10 ^-6 C

Konstantja (k) = ⁹ x ¹⁰⁹ Nm2.C ^-2

Kërkohet: Forca elektrike midis ngarkesave A dhe B nëse distanca midis dy ngarkesave është 4 cm.

zgjidhje:

Së pari, llogaritni ngarkesën elektrike B, dhe pastaj llogaritni forcën elektrike midis dy ngarkesave, nëse distanca e të dy ngarkesave është 4 cm = 0.04 metra = 4 x 10 ^-2 metra.

Ngarkesa elektrike në B :

q _B = F r2 ^/ k (q _A )

q _B = (8)(2 x ^10-2 ) ² / (9 x ¹⁰⁹ )(2 x ^10-6 )

q _B = (8)(4 x ^10-4 ) / (18 x ¹⁰³ )

q _B = (32 x ^10-4 ) / (18 x ¹⁰³ )

q _B = (32/18) x 10 ^-7

qB = (16/9) x 10 ^-7 Kulomb

Forca elektrike midis ngarkesave A dhe B:

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 103 ⁾ ((16/9) x ^10-7 ) / (16 x ^10-4 )

F = (2 x 103 ⁾ (16 x ^10-7 ) / (16 x ^10-4 )

F = (2 x 103 ⁾ (1 x ^10-7 ) / (1 x ^10-4 )

F = (2 x 10 ^-4 ) / (1 x 10 ^-4 )

F = 2 Njuton

6. Tre ngarkesa A, B dhe C siç tregohen në figurën më poshtë. AB = BC = 20 cm dhe ngarkesat janë të njëjta (q = 2µC). k = 9.10 ⁹ Nm ² .C ^-2 , 1 µ = 10 ^-6 . Cila është madhësia e forcës elektrike që vepron në pikën B?

I njohur:

Ngarkesa në pikën A (q_A) = 2 µC = 2 x 10^-6 Kulomb

Ngarkesa në pikën B (q _B ) = 2 µC = 2 x 10 ^-6 Kulomb

Ngarkesa në pikën C (q _C ) = 2 µC = 2 x 10 ^-6 Kulomb

Distanca nga B në C (r _BC ) = 20 cm = 0.2 metra = 2 x 10 ^-1 metra

Distanca nga B në A (r _BA ) = 20 cm = 0.2 metra = 2 x 10 ^-1 metra

k = 9.10 ⁹ Nm ² .C ^-2

Kërkohet: Madhësia e forcës elektrike vepron në pikën B

zgjidhje:

Forca elektrike midis ngarkesave në pikat B dhe C:

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 109 ⁾ (4 x ^10-12 ) / (9 x ^10-2 )

F _BC = (36 x 10 ^-3 ) / (4 x 10 ^-2 )

F _BC = 9 x 10 ^-1

F _BC = 0.9 Njuton

Ngarkesat elektrike në pikat B dhe C janë pozitive, kështu që drejtimi i forcës elektrike F _BC është majtas larg pikës C.

Forca elektrike midis ngarkesave në pikat B dhe A:

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 )

F _BA = 9 x 10 ^-1

F _BA = 0.9 Njuton

Ngarkesat elektrike në pikat B dhe A janë pozitive, kështu që drejtimi i forcës elektrike F _BA është poshtë, larg pikës A.

Rezultanti i forcave elektrike:

7. Tre ngarkesa Q1 _, Q2 _dhe Q3 _siç tregohet në figurën më poshtë. Gjatësia e AB = gjatësia e BC = 30 cm. ^Dihet : k = 9.10 ⁹ Nm2.C ^-2 dhe 1 µ = 10 ^-6 , atëherë rezultantja e forcës elektrike në ngarkesën _Q1.

I njohur:

Ngarkesa në pikën A (q_A) = 3 µC = 3 x 10^-6 Kulomb 

Ngarkesa në pikën B (q _B ) = -10 µC = -10 x 10 ^-6 Kulomb

Ngarkesa në pikën C (q _C ) = 4 µC = 4 x 10 ^-6 Kulomb

Distanca nga B në C (r _BC ) = 30 cm = 0.3 metra = 3 x 10 ^-1 metra

Distanca nga B në C (r _BA ) = 30 cm = 0.3 metra = 3 x 10 ^-1 metër s

k = 9.10 ⁹ Nm ² .C ^-2

Kërkohet: Rezultanti i forcës elektrike në pikën B

zgjidhje:

Forca elektrike midis ngarkesave në pikat B dhe C:

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 109 ⁾ (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 Njuton

Ngarkesa elektrike në pikën B është negative dhe ngarkesa elektrike në pikën C është pozitive, kështu që drejtimi i forcës elektrike F _BC është djathtas, në pikën C.

Forca elektrike midis ngarkesave në pikat B dhe A:

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 Njuton

Ngarkesa elektrike në pikën B është negative dhe ngarkesa elektrike në pikën A është pozitive, kështu që drejtimi i forcës elektrike F _BA është lart drejt pikës A.

Rezultanti i forcës elektrike:

1. Çfarë është forca elektrike? PërgjigjeForca elektrike është një forcë themelore që ndodh midis objekteve për shkak të ngarkesave të tyre elektrike. Mund të jetë tërheqëse (midis ngarkesave të kundërta) ose shtytëse (midis ngarkesave të ngjashme).
2. Si përcaktohet madhësia e forcës elektrike midis dy ngarkesave pikësore? PërgjigjeMadhësia e forcës elektrike midis dy ngarkesave pikësore jepet nga ligji i Kulonit. Është drejtpërdrejt proporcionale me prodhimin e madhësive të ngarkesave dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës midis tyre. F=kx q₁​x q₂​/ r², Ku $k$ është konstantja e Kulonit.
3. Çfarë ndodh me forcën elektrike nëse distanca midis dy ngarkesave dyfishohet? PërgjigjeNëse distanca midis dy ngarkesave dyfishohet, forca elektrike bëhet një e katërta e vlerës së saj origjinale, sepse forca ndryshon në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës.
4. Si krahasohet forca elektrike me forcën gravitacionale? PërgjigjeForcat elektrike mund të jenë tërheqëse dhe shtytëse, ndërsa forcat gravitacionale janë vetëm tërheqëse. Përveç kësaj, për objektet dhe distancat e zakonshme, forcat elektrike zakonisht janë shumë më të forta se forcat gravitacionale, duke pasur parasysh se forcat gravitacionale janë më të dobëta me shumë urdhra madhësie krahasuar me forcën elektrike.
5. Cili është parimi i superpozicionit në lidhje me forcat elektrike? PërgjigjeParimi i mbivendosjes pohon se forca elektrike neto mbi një ngarkesë për shkak të një bashkësie ngarkesash të tjera është shuma vektoriale e forcave të ushtruara nga secila ngarkesë e marrë veçmas.
6. Pse nuk i ndiejmë forcat elektrike në objektet e përditshme edhe pse ato janë të përbëra nga grimca të ngarkuara? PërgjigjeObjektet e përditshme janë zakonisht elektrikisht neutrale, që do të thotë se kanë numër të barabartë ngarkesash pozitive dhe negative. Forcat midis këtyre ngarkesave ekuilibrohen, kështu që forca elektrike neto është zero.
7. Si ndikon tokëzimi në forcën elektrike mbi një objekt të ngarkuar? PërgjigjeTokëzimi i një objekti të ngarkuar lejon që ngarkesa të rrjedhë midis objektit dhe Tokës derisa objekti të neutralizohet, duke eliminuar në mënyrë efektive forcën elektrike neto mbi objektin për shkak të ngarkesës së tij fillestare.
8. A mund të veprojë forca elektrike në vakum? PërgjigjePo, forca elektrike mund të veprojë në vakum. Nuk kërkon një medium për t'u përhapur. Kjo është e dukshme nga mënyra se si fushat elektrike mund të ekzistojnë dhe të ndikojnë në grimcat e ngarkuara në hapësirë.
9. Çfarë roli luan konstantja elektrike (ose permitiviteti i hapësirës së lirë) në përcaktimin e forcës së forcës elektrike? PërgjigjeKonstantja elektrike, e njohur edhe si permitiviteti i hapësirës së lirë, ndikon në forcën e forcës elektrike midis ngarkesave. Një permitivitet më i lartë do të nënkuptonte forca elektrike më të dobëta dhe anasjelltas. Konstantja e Kulonit, $k$, lidhet me këtë vlerë si k=1/4πε₀​​.

10. Nëse dy ngarkesa lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën, a ndryshon forca midis tyre? Përgjigje : Nëse dy ngarkesa lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën, ato mund të prodhojnë fusha magnetike përveç fushave elektrike. Kjo do të thotë që bashkëveprimi midis ngarkesave në lëvizje nuk do të jetë vetëm për shkak të forcave elektrike, por edhe të forcave magnetike. Bashkëveprimi i kombinuar përshkruhet nga forca elektromagnetike. Pra, ndërsa forca elektrike për shkak të ngarkesave nuk ndryshon thjesht sepse ato lëvizin, forca e përgjithshme mund të ndryshojë për shkak të efekteve magnetike.