Номер 570, страница 79, часть 1 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Парфентьева

Часть 1. 10 класс. Основы электродинамики. Электростатика. Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов - номер 570, страница 79.

Условие.

570. [484] Два точечных положительных заряда закреплены на некотором расстоянии друг от друга. Один из зарядов освобождают, и он летит вдоль силовых линий поля другого заряда. Как изменяется потенциальная энергия системы зарядов?

Решение.

Решение

Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $\text{r}$ друг от друга, вычисляется по формуле:

$W_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$

где $\text{k}$ — электрическая постоянная, $k > 0$.

В условии задачи сказано, что оба заряда являются положительными, то есть $q_1 > 0$ и $q_2 > 0$. Следовательно, произведение зарядов $q_1 q_2$ также является положительной величиной.

Один из зарядов закреплен, а другой освобождают. Так как заряды одноименные (оба положительные), между ними действует сила электростатического отталкивания. Под действием этой силы освобожденный заряд начнет двигаться от закрепленного заряда. В условии сказано, что он летит вдоль силовых линий поля другого заряда. Для уединенного положительного точечного заряда силовые линии направлены радиально от него во все стороны. Это означает, что освобожденный заряд будет двигаться по прямой, удаляясь от закрепленного.

Таким образом, расстояние $\text{r}$ между зарядами будет увеличиваться.

Проанализируем, как изменение расстояния $\text{r}$ влияет на потенциальную энергию $W_p$. В формуле $W_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$ числитель $k q_1 q_2$ является положительной константой. Потенциальная энергия $W_p$ обратно пропорциональна расстоянию $\text{r}$. С увеличением знаменателя $\text{r}$ значение дроби, а следовательно и потенциальная энергия $W_p$, будет уменьшаться.

Также этот процесс можно рассмотреть с точки зрения закона сохранения энергии. Система является замкнутой. Электрическое поле совершает работу по перемещению заряда, разгоняя его. Кинетическая энергия освобожденного заряда увеличивается. Согласно закону сохранения полной энергии, это увеличение кинетической энергии происходит за счет уменьшения потенциальной энергии системы.

Ответ: Потенциальная энергия системы зарядов уменьшается.