Номер 23.5, страница 165 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Упражнения. 23. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Электрическое поле. Электродинамика - номер 23.5, страница 165.

Условие.

23.5. В каких случаях два одноименно заряженных тела могут притягиваться?

Решение. Хорошо известно, что заряженная расческа притягивает незаряженные кусочки бумаги благодаря происходящему внутри них перераспределению зарядов (см. рис. а). Этот же эффект перераспределения зарядов может привести и к притяжению одноименно заряженных тел: «ближняя» сторона одного из них может изменить знак заряда (см. рис. б). Такое возможно, если тела находятся достаточно близко друг к другу и заряд одного из них во много раз превышает заряд другого.

Рис. а

Рис. б

Решение.

Два одноименно заряженных тела могут притягиваться друг к другу, если заряд одного тела значительно превышает заряд другого, а расстояние между ними достаточно мало. Это явление объясняется электростатической индукцией.

Рассмотрим два проводящих тела, оба заряжены положительно. Пусть заряд первого тела $Q_1$ намного больше заряда второго тела $Q_2$ (то есть $Q_1 \gg Q_2$). Когда первое тело подносят близко ко второму, его сильное электрическое поле вызывает перераспределение свободных зарядов во втором теле. Свободные положительные заряды во втором теле отталкиваются и смещаются на его дальнюю сторону. В результате на стороне второго тела, которая находится ближе к первому, возникает избыточный отрицательный (индуцированный) заряд.

Теперь между телами действуют несколько сил. Основными являются:

1. Сила притяжения $F_{прит}$ между положительным зарядом $Q_1$ и индуцированным отрицательным зарядом на ближней стороне второго тела.

2. Сила отталкивания $F_{отт}$ между положительным зарядом $Q_1$ и смещенным положительным зарядом на дальней стороне второго тела.

Согласно закону Кулона, сила электростатического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами ($F \propto \frac{1}{r^2}$). Так как индуцированный отрицательный заряд находится ближе к первому телу, чем оттолкнувшийся положительный, сила притяжения $F_{прит}$ может оказаться больше силы отталкивания $F_{отт}$. Если результирующая сила притяжения окажется больше, чем общая сила отталкивания между телами (из-за их одноименных зарядов $Q_1$ и $Q_2$), то тела будут притягиваться.

Следовательно, для возникновения притяжения между одноименно заряженными телами необходимо выполнение двух ключевых условий:

1. Величина заряда одного тела должна быть во много раз больше величины заряда другого.

2. Тела должны быть расположены на достаточно малом расстоянии друг от друга, чтобы индукционный эффект был сильным.

Ответ: Два одноименно заряженных тела могут притягиваться, если заряд одного из них значительно превосходит заряд другого, и они находятся на достаточно близком расстоянии. Притяжение возникает вследствие электростатической индукции: сильное поле одного тела перераспределяет заряды в другом так, что на ближней стороне образуется заряд противоположного знака, и сила притяжения к нему преобладает над силой отталкивания.