Номер 1, страница 412 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Электростатика. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Параграф 90. Электроёмкость уединённого проводника - номер 1, страница 412.

Условие.

1. Проведите аналогию между массой жидкости в гидростатике и зарядом в электростатике.

Решение.

1. Аналогию между массой жидкости в гидростатике и зарядом в электростатике можно провести по нескольким ключевым пунктам, рассматривая массу как своего рода "гравитационный заряд".

1. Источник поля и силы.
Подобно тому, как электрический заряд $q$ является источником электростатического поля, масса $m$ является источником гравитационного поля. В гидростатике сила тяжести, действующая на столб жидкости ($F_g = mg$, где $g$ — ускорение свободного падения), создает гидростатическое давление. Это аналогично тому, как электрическая сила действует на заряд в электрическом поле напряженностью $E$ ($F_e = qE$). Таким образом, масса выступает в роли, аналогичной заряду, а ускорение свободного падения $g$ (напряженность гравитационного поля) аналогично напряженности электрического поля $E$.

2. Потенциальная энергия и потенциал.
Потенциальная энергия массы $m$, поднятой на высоту $h$ в поле тяжести, равна $U_g = mgh$. Потенциальная энергия заряда $q$ в точке с электрическим потенциалом $\phi$ равна $U_e = q\phi$. Из сравнения формул видна прямая аналогия: масса $m$ соответствует заряду $q$, а гравитационный потенциал (определяемый высотой, $gh$) — электрическому потенциалу $\phi$. В гидростатике жидкость всегда течет из области с большей высотой (большим давлением и, следовательно, большим гравитационным потенциалом) в область с меньшей, точно так же, как положительные электрические заряды движутся из точки с более высоким электрическим потенциалом в точку с более низким.

3. Поток и сохранение.
Перемещение жидкости под действием разности давлений представляет собой поток массы. Аналогично, упорядоченное движение зарядов под действием разности потенциалов — это электрический ток, то есть поток заряда. Кроме того, и масса (в нерелятивистской физике), и электрический заряд подчиняются законам сохранения: в замкнутой системе их общее количество остается неизменным.

Единственное ключевое отличие заключается в том, что гравитационное взаимодействие (между массами) всегда является притяжением, в то время как электростатическое взаимодействие (между зарядами) может быть как притяжением, так и отталкиванием.

Ответ: Масса в гидростатике является аналогом электрического заряда в электростатике. Она выступает источником гравитационного поля и определяет силу, действующую на тело в этом поле, а также его потенциальную энергию, подобно тому, как заряд определяет электростатические взаимодействия. Движение жидкости под действием разности давлений аналогично движению зарядов (току) под действием разности потенциалов.