Elektrik kuvveti – sorunlar ve çözümler
1. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi üç yük bulunmaktadır . B yükünün maruz kaldığı elektrik kuvveti nedir? k = 9 x 10⁹ Nm² C⁻² , 1 μC = 10⁻⁶ C.
Bilinenler:
qA = 10 µC = 10 x 10-6 C = 10-5 kulomb
q B = 10 µC = 10 x 10 -6 = 10 -5 Coulomb
q C = 20 µC = 20 x 10 -6 = 2 x 10 -5 Coulomb
r AB = 0.1 m = 10 -1 m
r BC = 0.1 m = 10 -1 m
k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2
Aranan: B yükü tarafından deneyimlenen elektrik kuvveti
Çözüm :
B yüküne etki eden iki elektrik kuvveti vardır: A ve B yükleri arasındaki elektrik kuvveti (F AB ) ve B ile C yükleri arasındaki elektrik kuvveti (F BC ). B yükünün maruz kaldığı elektrik kuvveti, F AB kuvveti ve F BC kuvvetinin bileşkesidir.
A ve B yükleri arasındaki elektrik kuvveti:
A yükü pozitif ve B yükü de pozitif olduğundan, F AB doğrultusu C yüküne doğru yönelir .
B ve C yükleri arasındaki elektrik kuvveti:
B yükü pozitif ve C yükü de pozitif olduğundan FBC , A yüküne doğru yönelir .
B yükünün maruz kaldığı elektrik kuvveti:
F B = F BC – F AB = 180 – 90 = 90 N.
B yükünün maruz kaldığı elektrik kuvvetinin büyüklüğü (F B ) 90 Newton'dur . F B'nin yönü , F BC'nin yönüyle aynıdır ve A yüküne doğrudur.
2. B yükündeki elektrik kuvvetinin büyüklüğü ve yönü nedir? ( k = 9 x 10⁹ Nm² C⁻² , 1 μC = 10⁻⁶ C )
Bilinenler:
Yük A (q A ) = +Q
Yük B (q B ) = -2Q
Yük C (q C ) = -Q
A ve B yükleri arasındaki mesafe (r AB ) = r
B ve C yükleri arasındaki mesafe (r BC ) = 2r
k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2
Aranıyor: B yükündeki elektrik kuvvetinin büyüklüğü ve yönü.
Çözüm :
A ve B yükleri arasındaki elektrik kuvveti:
A yükü pozitif ve B yükü de pozitif olduğundan, F AB doğrultusu A yüküne doğru yönelir .
B yükü ile C yükü arasındaki elektrik kuvveti:
B yükü negatif ve C yükü de negatif olduğundan, FBC kuvvetinin yönü A yüküne doğrudur .
B yüküne etki eden net kuvvet şöyledir:
F = F AB + F BC = 2 k Q 2 /r 2 + 0.5 k Q 2 /r 2 = 2.5 k Q 2 /r 2 = 2.5 k Q 2 r -2
Elektrik kuvvetinin yönü A yüküne (sola doğru) işaret eder.
3. Aşağıdaki şekilde gösterilen iki elektrik yükü. A noktasındaki yük 8 µC ve her iki yüke etki eden elektrik kuvveti 45 N'dir. Eğer A yükü sağa doğru 1 cm hareket ederse, her iki yüke etki eden çekim kuvveti nedir? k = 9.10 9 Nm 2 .C -2.
Bilinenler:
A noktasındaki elektrik yükü (qA) = 8 µC = 8 x 10-6 kulomb
İki yüke etki eden elektrik kuvveti (F) = 45 Newton
İki yük arasındaki mesafe (r AB ) = 4 cm = 0.04 metre = 4 x 10 -2 metre
Sabit (k) = 9 x 10⁹ Nm² .C⁻²
İstenen: A yükü sağa doğru 1 cm hareket ettiğinde iki yük arasındaki elektrik kuvveti.
Çözüm :
B noktasındaki elektrik yükü :
Elektrik kuvvetinin denklemi:
F = k (q A )(q B ) / r 2
F r 2 = k (q A )(q B )
q B = F r 2 / k (q A )
B noktasındaki elektrik yükü :
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 Coulomb
A ve B elektrik yükleri arasındaki elektrik kuvveti:
A noktasındaki yük sağa doğru 1 cm hareket ederse, iki yük arasındaki mesafe 3 cm = 0.03 metre = 3 x 10⁻² metre olur.
F = k (q A )(q B ) / r 2
F = (9 x 10⁹ ) (8 x 10⁻⁶ )(10 x 10⁻⁷ ) / (3 x 10⁻² ) ²
F = (9 x 10³ ) (80 x 10⁻⁷ ) / (9 x 10⁻⁴ )
F = (1 x 10³ ) (80 x 10⁻⁷ ) / (1 x 10⁻⁴ )
F = (80 x 10 -4 ) / (1 x 10 -4 )
F = 80 Newton
4. P ve Q noktalarında bulunan iki elektrik yükü, 10 cm'lik bir mesafeyle ayrılmış olup, 8 Newton'luk bir çekim kuvvetine maruz kalmaktadır. Eğer Q yükü P yüküne doğru 5 cm hareket ederse, elektrik kuvveti ne olur? (1 µC = 10⁻⁶ C ve k = 9 x 10⁹ Nm² · C⁻² ).
Bilinenler:
P ve Q yükleri arasındaki mesafe (rPQ) = 10 cm = 0.1 m = 1 x 10-1 m 
P ve Q yükleri arasındaki elektrik kuvveti (F) = 8 N
Elektrik yükü Q (q Q ) = 40 µC = 40 x 10 -6 C
Sabit (k) = 9 x 10⁹ Nm² .C⁻²
İstenen: Q yükü P yüküne 5 cm yaklaştığında, P ve Q yükleri arasındaki elektrik kuvveti.
Çözüm :
Öncelikle P elektrik yükünü hesaplayın, ardından Q elektrik yükü P yüküne doğru 5 cm hareket ettirilirse, iki yük arasındaki elektrik kuvvetini hesaplayın.
Elektrik yükü P :
q P = F r 2 / 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 10 4 )
q P = (1 x 10 -2 ) / (4.5 x 10 4 )
q P = (1 / 4.5) x 10 -6 Coulomb
P ve Q elektrik yükleri arasındaki elektrik kuvveti:
Q noktasındaki yük 5 cm sola doğru hareket ettirilirse, iki yük arasındaki mesafe 5 cm = 0.05 metre = 5 x 10⁻² metre olur.
F = k (q P )(q Q ) / r 2
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 10⁻⁷ ) / (25 x 10⁻⁴ )
F = (80 x 10 -3 ) / (25 x 10 -4 )
F = 3.2 x 10 1
F = 32 Newton
5. qB yükünün maruz kaldığı elektrik kuvveti 8 N'dir (1 µC = 10⁻⁶ C ve k = 9.10⁹ Nm²·C⁻² ) . Eğer qB yükü A noktasından 4 cm uzaklaşırsa, qB yükünün maruz kaldığı elektrik kuvveti ne olur?
Bilinenler:
A ve B yükleri arasındaki mesafe (rAB) = 2 cm = 0.02 m = 2 x 10-2 m 
A ve B yükleri arasındaki elektrik kuvveti (F) = 8 N
Elektrik yükü A (q A ) = 2 µC = 2 x 10 -6 C
Sabit (k) = 9 x 10⁹ Nm² .C⁻²
Aranıyor: İki yük arasındaki mesafe 4 cm ise, A ve B yükleri arasındaki elektrik kuvveti.
Çözüm :
Öncelikle elektrik yükü B'yi hesaplayın, ardından iki yük arasındaki mesafe 4 cm = 0.04 metre = 4 x 10⁻² metre ise, iki yük arasındaki elektrik kuvvetini hesaplayın.
B noktasındaki elektrik yükü :
q B = F r 2 / 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 Coulomb
A ve B yükleri arasındaki elektrik kuvveti:
F = k (q A )(q B ) / r 2
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 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 Newton
6. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi A, B ve C olmak üzere üç yük vardır. AB = BC = 20 cm ve yükler aynıdır (q = 2µC). k = 9.10⁹ Nm².C⁻² , 1 µ = 10⁻⁶ . B noktasına etki eden elektrik kuvvetinin büyüklüğü nedir?
Bilinenler:
A noktasındaki yük (qA) = 2 µC = 2 x 10-6 kulomb 
B noktasındaki yük (qB ) = 2 µC = 2 x 10⁻⁶ Coulomb
C noktasındaki yük (qC ) = 2 µC = 2 x 10⁻⁶ Coulomb
B ile C arasındaki mesafe (rBC ) = 20 cm = 0.2 metre = 2 x 10⁻¹ metre
B ile A arasındaki mesafe (r BA ) = 20 cm = 0.2 metre = 2 x 10 -1 metre
k = 9.10 9 Nm 2 .C -2
Aranıyor: B noktasına etki eden elektrik kuvvetinin büyüklüğü
Çözüm :
B ve C noktalarındaki yükler arasındaki elektrik kuvveti:
F BC = k (q B )(q C ) / r BC 2
F BC = (9 x 10 9 )(2 x 10 -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 Newton
B ve C noktalarındaki elektrik yükleri pozitiftir, bu nedenle elektrik kuvveti FBC'nin yönü C noktasından sola doğru, uzaklaşacak şekildedir.
B ve A noktalarındaki yükler arasındaki elektrik kuvveti:
F BA = k (q B )(q A ) / r BA 2
F BA = (9 x 10 9 )(2 x 10 -6 )(2 x 10 -6 ) / (2 x 10 -1 ) 2
F BA = (9 x 10 9 )(4 x 10 -12 ) / (4 x 10 -2 )
F BA = (36 x 10 -3 ) / (4 x 10 -2 )
F BA = 9 x 10 -1
F BA = 0.9 Newton
B ve A noktalarındaki elektrik yükleri pozitiftir, bu nedenle elektrik kuvveti FBA'nın yönü A noktasından uzaklaşarak aşağı doğrudur.
Elektrik kuvvetlerinin bileşkesi:
7. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi Q1 , Q2 ve Q3 olmak üzere üç yük bulunmaktadır . AB uzunluğu BC uzunluğuna eşittir ve 30 cm'dir. Bilinenler: k = 9.10⁹ Nm² · C⁻² ve 1 µ = 10⁻⁶ ise, Q1 yükündeki elektrik kuvvetinin bileşkesi nedir?
Bilinenler:
A noktasındaki yük (qA) = 3 µC = 3 x 10-6 kulomb 
B noktasındaki yük (q B ) = -10 µC = -10 x 10 -6 Coulomb
C noktasındaki yük (qC ) = 4 µC = 4 x 10⁻⁶ Coulomb
B noktasından C noktasına olan mesafe (rBC ) = 30 cm = 0.3 metre = 3 x 10⁻¹ metre
B'den C'ye olan mesafe (rBA ) = 30 cm = 0.3 metre = 3 x 10⁻¹ metre
k = 9.10 9 Nm 2 .C -2
Aranan: B noktasındaki elektrik kuvvetinin bileşkesi
Çözüm :
B ve C noktalarındaki yükler arasındaki elektrik kuvveti:
F BC = k (q B )(q C ) / r BC 2
F BC = (9 x 10 9 )(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 Newton
B noktasındaki elektrik yükü negatif, C noktasındaki elektrik yükü pozitiftir; bu nedenle elektrik kuvveti FBC'nin yönü sağa , C noktasına doğrudur.
B ve A noktalarındaki yükler arasındaki elektrik kuvveti:
F BA = k (q B )(q A ) / r BA 2
F BA = (9 x 10 9 )(10 x 10 -6 )(3 x 10 -6 ) / (3 x 10 -1 ) 2
F BA = (9 x 10 9 )(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 Newton
B noktasındaki elektrik yükü negatif, A noktasındaki elektrik yükü ise pozitiftir; bu nedenle elektrik kuvveti FBA'nın yönü A noktasına doğru yukarı doğrudur.
Elektrik kuvvetinin bileşkesi:
- Elektrik kuvveti nedir? CevapElektrik kuvveti, cisimler arasında elektrik yüklerinden kaynaklanan temel bir kuvvettir. Zıt yükler arasında çekici, aynı yükler arasında ise itici olabilir.
- İki noktasal yük arasındaki elektrik kuvvetinin büyüklüğü nasıl belirlenir? Cevapİki noktasal yük arasındaki elektrik kuvvetinin büyüklüğü Coulomb yasasıyla verilir. Bu kuvvet, yüklerin büyüklüklerinin çarpımıyla doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. , Burada Coulomb sabitidir.
- İki yük arasındaki mesafe iki katına çıkarılırsa elektrik kuvvetine ne olur? Cevapİki yük arasındaki mesafe iki katına çıkarsa, elektrik kuvveti orijinal değerinin dörtte birine iner, çünkü kuvvet mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
- Elektrik kuvveti ile yerçekimi kuvveti nasıl karşılaştırılır? CevapElektrik kuvvetleri hem çekici hem de itici olabilirken, yerçekimi kuvvetleri yalnızca çekicidir. Ayrıca, yaygın nesneler ve mesafeler için, yerçekimi kuvvetleri elektrik kuvvetine kıyasla birçok kat daha zayıf olduğundan, elektrik kuvvetleri genellikle yerçekimi kuvvetlerinden çok daha güçlüdür.
- Elektrik kuvvetleri bağlamında süperpozisyon ilkesi nedir? CevapSüperpozisyon ilkesi, bir yüke etki eden diğer yüklerin toplamından kaynaklanan net elektrik kuvvetinin, her bir yükün ayrı ayrı uyguladığı kuvvetlerin vektörel toplamına eşit olduğunu belirtir.
- Günlük hayatta kullandığımız nesneler yüklü parçacıklardan oluşmasına rağmen neden bu nesnelerin elektrik kuvvetlerini hissetmiyoruz? CevapGünlük hayatta kullanılan nesneler genellikle elektriksel olarak nötrdür, yani eşit sayıda pozitif ve negatif yüke sahiptirler. Bu yükler arasındaki kuvvetler birbirini dengeler, bu nedenle net elektrik kuvveti sıfırdır.
- Topraklama, yüklü bir cisim üzerindeki elektrik kuvvetini nasıl etkiler? CevapYüklü bir cismi topraklamak, cisim nötrleşene kadar cisim ile Dünya arasında yük akışına izin verir ve böylece cismin ilk yükünden kaynaklanan net elektrik kuvvetini ortadan kaldırır.
- Elektrik kuvveti vakumda etki edebilir mi? CevapEvet, elektrik kuvveti vakumda da etki edebilir. Yayılmak için bir ortama ihtiyaç duymaz. Bu, elektrik alanlarının uzayda var olabilmesinden ve yüklü parçacıkları etkileyebilmesinden açıkça anlaşılmaktadır.
- Elektrik kuvvetinin şiddetini belirlemede elektrik sabiti (veya boş uzayın dielektrik sabiti) ne gibi bir rol oynar? CevapElektrik sabiti, diğer adıyla serbest uzayın dielektrik sabiti, yükler arasındaki elektrik kuvvetinin gücünü etkiler. Daha yüksek dielektrik sabiti daha zayıf elektrik kuvvetleri anlamına gelir ve bunun tersi de geçerlidir. Coulomb sabiti, Bu değerle şu şekilde ilişkilidir: .
-
İki yük birbirine göre hareket ediyorsa, aralarındaki kuvvet değişir mi? Cevap : İki yük birbirine göre hareket ediyorsa, elektrik alanlarına ek olarak manyetik alanlar da üretebilirler. Bu, hareket eden yükler arasındaki etkileşimin sadece elektrik kuvvetlerinden değil, aynı zamanda manyetik kuvvetlerden de kaynaklanacağı anlamına gelir. Birleşik etkileşim, elektromanyetik kuvvet ile açıklanır. Dolayısıyla, yüklerin hareket etmesinden dolayı elektrik kuvveti değişmezken, manyetik etkiler nedeniyle toplam kuvvet değişebilir.
