Номер 1, страница 376 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Электростатика. 14. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Параграф 80. Равновесие статических зарядов. Вопросы - номер 1, страница 376.

Условие.

1. Почему равновесие третьего заряда возможно лишь между двумя положительными зарядами?

Решение.

1. Для того чтобы третий заряд $q_3$ находился в равновесии, необходимо, чтобы векторная сумма всех сил, действующих на него, была равна нулю. В данном случае на заряд $q_3$ действуют силы со стороны двух других зарядов, $q_1$ и $q_2$. Условие равновесия записывается как $\vec{F}_{13} + \vec{F}_{23} = 0$, где $\vec{F}_{13}$ — сила, действующая на заряд $q_3$ со стороны $q_1$, а $\vec{F}_{23}$ — сила со стороны $q_2$.

Из этого условия следует, что силы $\vec{F}_{13}$ и $\vec{F}_{23}$ должны быть равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Такое возможно только в том случае, если все три заряда расположены на одной прямой линии.

Рассмотрим два варианта знаков зарядов $q_1$ и $q_2$:

1. Заряды $q_1$ и $q_2$ одноименные (например, оба положительные).
Если поместить третий заряд $q_3$ на прямой, соединяющей $q_1$ и $q_2$, в область между ними, то силы, действующие на него, будут направлены в противоположные стороны. Заряд $q_1$ будет отталкивать (если $q_3$ положителен) или притягивать (если $q_3$ отрицателен) его в одну сторону, а заряд $q_2$ — в противоположную. Поскольку силы направлены противоположно, можно найти такую точку между $q_1$ и $q_2$, где модули этих сил будут равны. В этой точке их векторная сумма будет равна нулю, и заряд $q_3$ окажется в равновесии.

2. Заряды $q_1$ и $q_2$ разноименные (один положительный, другой отрицательный).
Если поместить третий заряд $q_3$ между ними, то силы $\vec{F}_{13}$ и $\vec{F}_{23}$ будут направлены в одну и ту же сторону. Например, если $q_1$ положителен, а $q_2$ отрицателен, то $q_1$ будет отталкивать положительный заряд $q_3$, а $q_2$ — притягивать его. Обе силы будут направлены в сторону отрицательного заряда $q_2$. Так как обе силы сонаправлены, их сумма никогда не может быть равна нулю, и равновесие в области между зарядами невозможно.

Таким образом, равновесие третьего заряда может быть достигнуто только в области между двумя другими зарядами, если они имеют одинаковый знак.

Ответ: Равновесие третьего заряда возможно между двумя положительными зарядами потому, что только в этом случае силы, действующие на него со стороны этих двух зарядов, будут направлены в противоположные стороны. Это позволяет им скомпенсировать друг друга в некоторой точке, что является необходимым условием для равновесия.