Теоретическое исследование, страница 302 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 11. Электромагнитное поле. Напряжённость электростатического поля. Параграф 54. Принцип суперпозиции электростатических полей. Вопросы - страница 302.

Условие.

Теоретическое исследование

В точку А электростатического поля (рис. 226), созданного отрицательным точечным зарядом, внесли отрицательный заряд, а в точку В – положительный.

а) Изобразите векторы сил, действующих на внесённые в поле электростатические заряды.

б) Одинаковые ли силы действуют со стороны электростатического поля на одинаковые по модулю заряды, если они находятся на одинаковом расстоянии от заряда, образующего поле?

Рис. 226

Решение.

а) Изобразите векторы сил, действующих на внесённые в поле электростатические заряды.

Электростатическое поле создано центральным отрицательным точечным зарядом.

В точку А помещён отрицательный заряд. Так как одноимённые заряды отталкиваются, сила $\vec{F_A}$, действующая на заряд в точке А, направлена по прямой, соединяющей заряды, в сторону от центрального заряда. Согласно рисунку, это направление — горизонтально влево.

В точку B помещён положительный заряд. Так как разноимённые заряды притягиваются, сила $\vec{F_B}$, действующая на заряд в точке B, направлена по прямой, соединяющей заряды, в сторону к центральному заряду. Согласно рисунку, это направление — также горизонтально влево.

Ответ: Вектор силы, действующей на отрицательный заряд в точке А, направлен влево (сила отталкивания). Вектор силы, действующей на положительный заряд в точке B, также направлен влево (сила притяжения).

б) Одинаковые ли силы действуют со стороны электростатического поля на одинаковые по модулю заряды, если они находятся на одинаковом расстоянии от заряда, образующего поле?

Сила является векторной величиной. Для того чтобы две силы были одинаковыми, должны быть равны их модули и совпадать их направления.

Модуль силы Кулона, с которой поле заряда $\text{Q}$ действует на заряд $\text{q}$ на расстоянии $\text{r}$, вычисляется по формуле:

$F = k \frac{|Q| |q|}{r^2}$

где $\text{k}$ — постоянный коэффициент.Поскольку по условию задачи модули внесённых зарядов одинаковы ($|q_1| = |q_2|$) и они находятся на одинаковом расстоянии ($r_1 = r_2$) от заряда $\text{Q}$, создающего поле, то модули сил, действующих на них, будут равны.

Направление силы зависит от знаков взаимодействующих зарядов. В данном случае поле создано отрицательным зарядом.

1. На отрицательный заряд со стороны поля будет действовать сила отталкивания, направленная радиально от заряда, создающего поле.

2. На положительный заряд со стороны поля будет действовать сила притяжения, направленная радиально к заряду, создающему поле.

Так как векторы сил направлены по-разному (один — от центрального заряда, другой — к центральному заряду), в общем случае они не совпадают. Равенство векторов сил возможно лишь в очень частном случае (показанном на рисунке 226), но вопрос носит общий характер. Поскольку направления сил в общем случае различны, сами силы как векторы не являются одинаковыми.

Ответ: Нет, в общем случае силы не одинаковые. Их модули равны, но направления различны, так как на отрицательный заряд действует сила отталкивания (направлена от центрального заряда), а на положительный — сила притяжения (направлена к центральному заряду).