Номер 48.17, страница 176 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 48. Электрическое поле. Глава 7. Электрические явления - номер 48.17, страница 176.

48.17 [1209] Капельке масла сообщили отрицательный заряд, и она медленно движется к пластинке A (см. рис. VII-21). Заряд пластинки мы можем изменить. Что необходимо сделать, чтобы остановить движение капельки; заставить капельку двигаться вверх?

Рис. VII-21

Решение

На капельку масла действуют две основные силы: сила тяжести $F_т$, направленная вертикально вниз, и электрическая сила $F_э$ со стороны пластины A. Поскольку капелька заряжена отрицательно и, согласно условию и рисунку, движется вниз к отрицательно заряженной пластине, это означает, что сила тяжести, действующая на капельку, превышает силу электрического отталкивания от пластины.

Проанализируем силы, действующие на капельку. Сила тяжести $F_т = mg$ направлена вниз. Пластина А заряжена отрицательно, поэтому она создает электрическое поле, вектор напряженности которого $\vec{E}$ направлен к пластине, то есть вниз. На отрицательный заряд $q$ капельки в этом поле действует электрическая сила $\vec{F_э} = q\vec{E}$. Так как заряд $q$ отрицательный ($q < 0$), а вектор напряженности $\vec{E}$ направлен вниз, то вектор силы $\vec{F_э}$ направлен в противоположную сторону, то есть вверх. Эта сила является силой отталкивания.

Тот факт, что капелька движется вниз, означает, что сила тяжести больше силы электрического отталкивания: $F_т > F_э$. (Если движение медленное и равномерное, то сила тяжести уравновешивается суммой электрической силы и силы сопротивления воздуха, но для начала движения вниз в любом случае необходимо $F_т > F_э$).

остановить движение капельки

Чтобы капелька остановилась и находилась в равновесии, необходимо, чтобы суммарная (результирующая) сила, действующая на нее, стала равной нулю. В состоянии покоя сила сопротивления воздуха отсутствует. Следовательно, условие равновесия имеет вид: $F_э = F_т$

Поскольку в начальном состоянии $F_э < F_т$, для остановки капельки необходимо увеличить электрическую силу отталкивания $F_э$. Величина электрической силы $F_э$ пропорциональна модулю заряда пластины А, которая создает поле. Таким образом, чтобы увеличить силу отталкивания, нужно увеличить модуль отрицательного заряда пластины А.

Ответ: чтобы остановить движение капельки, необходимо увеличить модуль отрицательного заряда пластины А до такой величины, чтобы сила электрического отталкивания стала равна силе тяжести.

заставить капельку двигаться вверх

Чтобы капелька начала двигаться вверх, на нее должна действовать результирующая сила, направленная вверх. Это означает, что сила электрического отталкивания должна превышать силу тяжести: $F_э > F_т$

Для этого, как и в предыдущем пункте, нужно увеличить модуль отрицательного заряда пластины А. Однако его нужно сделать еще большим, чем в случае, когда капелька просто останавливается, чтобы сила отталкивания преодолела силу тяжести.

Ответ: чтобы заставить капельку двигаться вверх, необходимо увеличить модуль отрицательного заряда пластины А до такой величины, чтобы сила электрического отталкивания стала больше силы тяжести.