Номер 4, страница 372 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 79. Закон Кулона. 14. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Электростатика - номер 4, страница 372.

Условие.

4. Почему при описании механического движения не учитываются гигантские электрические силы?

Решение.

4. При описании механического движения макроскопических тел (таких как планеты, автомобили или мячи) гигантские электрические силы, действующие на микроуровне между протонами и электронами, не учитываются по причине электрической нейтральности обычного вещества.

Любое вещество состоит из атомов. В свою очередь, каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов, поэтому их заряды взаимно компенсируются, и суммарный заряд атома равен нулю. Макроскопические тела состоят из огромного количества таких атомов, и в обычных условиях суммарный положительный заряд всех протонов в теле практически точно равен суммарному отрицательному заряду всех электронов.

Чтобы оценить, насколько электрические силы превосходят гравитационные, можно сравнить силу электрического отталкивания $F_э$ и силу гравитационного притяжения $F_г$ между двумя протонами. Их отношение составляет: $$ \frac{F_э}{F_г} = \frac{k \frac{e^2}{r^2}}{G \frac{m_p^2}{r^2}} = \frac{k e^2}{G m_p^2} \approx 1.24 \cdot 10^{36} $$ где $k$ – постоянная в законе Кулона, $G$ – гравитационная постоянная, $e$ – элементарный заряд, $m_p$ – масса протона. Это означает, что электрическое взаимодействие сильнее гравитационного в $10^{36}$ раз.

Несмотря на эту колоссальную величину, из-за общей электрической нейтральности макроскопических тел силы притяжения между разноименными зарядами одного и другого тела почти полностью уравновешиваются силами отталкивания между их одноименными зарядами. В результате суммарная (результирующая) электрическая сила взаимодействия между двумя нейтральными телами оказывается равной нулю или пренебрежимо малой.

При этом важно понимать, что такие силы, как сила упругости и сила трения, которые мы учитываем в механике, по своей природе являются проявлением именно электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами на поверхностях контактирующих тел. Однако в задачах механики мы рассматриваем их как самостоятельные макроскопические силы, не вдаваясь в их микроскопическую природу.

Ответ: Гигантские электрические силы не учитываются при описании механического движения, так как макроскопические тела в обычных условиях электрически нейтральны. Огромные по величине силы притяжения и отталкивания между элементарными частицами внутри тел взаимно скомпенсированы, в результате чего суммарная внешняя электрическая сила взаимодействия между телами практически равна нулю.