Опыт, страница 245 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Что будет происходить с алюминиевым цилиндром, если поднести к нему сначала одно заряженное тело, а потом одновременно два заряженных тела с противоположных сторон?

Поднесение одного заряженного тела

Алюминий — это проводник, что означает наличие в нем большого количества свободных электронов, которые могут перемещаться по всему объему металла. Изначально алюминиевый цилиндр электрически нейтрален, то есть число протонов в нем равно числу электронов.

Когда к цилиндру подносят заряженное тело (например, положительно заряженное), его электрическое поле начинает действовать на свободные электроны в цилиндре. Свободные электроны (имеющие отрицательный заряд) притянутся к положительно заряженному телу и сместятся к ближней к нему стороне цилиндра. В результате на этой стороне возникнет избыточный отрицательный заряд.

На противоположной, дальней стороне цилиндра, наоборот, образуется недостаток электронов, что приведет к появлению избыточного положительного заряда. Этот процесс называется электростатической индукцией.

Цилиндр в целом останется электрически нейтральным, но заряды на нем перераспределятся. Поскольку индуцированный отрицательный заряд на ближней стороне цилиндра находится ближе к внешнему заряженному телу, чем индуцированный положительный заряд на дальней стороне, сила притяжения будет больше силы отталкивания. В результате цилиндр будет притягиваться к поднесенному заряженному телу, независимо от знака его заряда.

Ответ: Произойдет явление электростатической индукции: на стороне цилиндра, ближней к заряженному телу, сконцентрируется заряд противоположного знака, а на дальней — заряд того же знака. В результате цилиндр будет притягиваться к поднесенному телу.

Поднесение двух заряженных тел с противоположных сторон

В этом случае результат будет зависеть от знаков зарядов подносимых тел. Рассмотрим два основных варианта.

1. Заряды тел одинаковы (например, оба положительные).
Каждое из положительно заряженных тел будет притягивать к себе свободные электроны в цилиндре. В результате свободные электроны сместятся из центральной части цилиндра к его краям. Таким образом, на обоих концах цилиндра возникнут избыточные отрицательные заряды, а в его центральной части — избыточный положительный заряд. Каждая из сторон цилиндра будет притягиваться к ближайшему заряженному телу. Если цилиндр расположен точно посередине, силы притяжения с обеих сторон уравновесят друг друга, и цилиндр не будет двигаться. Такое положение будет являться положением устойчивого равновесия.

2. Заряды тел противоположны (например, слева положительный, справа отрицательный).
Положительно заряженное тело слева будет притягивать электроны, а отрицательно заряженное тело справа — отталкивать их. Оба эти действия заставят свободные электроны смещаться в одном направлении — влево. В результате на левом конце цилиндра, ближайшем к положительному телу, накопится значительный избыточный отрицательный заряд. Соответственно, на правом конце, ближайшем к отрицательному телу, образуется значительный избыточный положительный заряд. Левый (отрицательный) конец цилиндра будет притягиваться к левому (положительному) телу, а правый (положительный) конец цилиндра будет притягиваться к правому (отрицательному) телу. Цилиндр будет испытывать растяжение, но если он расположен симметрично, то суммарная сила, действующая на него, будет равна нулю, и он останется на месте.

Ответ: Если заряды тел одинаковы, то на краях цилиндра индуцируются заряды противоположного знака, и он будет притягиваться в обе стороны, оставаясь в положении равновесия. Если заряды тел противоположны, в цилиндре произойдет сильная поляризация зарядов (электроны сместятся к положительному телу), и он будет притягиваться к обоим телам, испытывая растяжение, но не будет смещаться при симметричном расположении.