Номер 48.8, страница 175 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 48. Электрическое поле. Глава 7. Электрические явления - номер 48.8, страница 175.

48.8 [1203] Одинаковые ли силы действуют на равные заряды $q_1$ и $q_2$ со стороны поля заряженного металлического шара (рис. VII-18)?

Рис. VII-18

Нет, силы, действующие на заряды $q_1$ и $q_2$ со стороны поля заряженного металлического шара, не будут одинаковыми. Это связано с явлением электростатической индукции.

Когда вблизи проводящего тела (в данном случае, металлического шара) помещается электрический заряд, свободные заряды внутри проводника перераспределяются. Это перераспределение, в свою очередь, изменяет электрическое поле вблизи проводника.

Сила, действующая на положительный заряд $q_1$

Положительный заряд $q_1$ отталкивает положительные заряды шара и притягивает его свободные электроны. В результате на стороне шара, обращенной к заряду $q_1$, скопится избыточный отрицательный заряд (индуцированный отрицательный заряд), а на противоположной стороне — избыточный положительный заряд (индуцированный положительный заряд).

Сила $F_1$, действующая на заряд $q_1$, является векторной суммой:

1. Силы отталкивания со стороны первоначального положительного заряда шара.
2. Силы притяжения со стороны индуцированных отрицательных зарядов, которые находятся ближе к $q_1$.
3. Силы отталкивания со стороны индуцированных положительных зарядов, которые находятся дальше от $q_1$.

Так как индуцированные отрицательные заряды расположены ближе к $q_1$, чем индуцированные положительные, их притяжение будет сильнее, чем отталкивание от дальних зарядов. Таким образом, явление индукции создает дополнительную силу, направленную к шару (силу притяжения), которая ослабляет первоначальную силу отталкивания. Общая сила $F_1$ будет направлена от шара, но ее модуль будет меньше, чем был бы без явления индукции.

Сила, действующая на отрицательный заряд $q_2$

Отрицательный заряд $q_2$ притягивает положительные заряды шара и отталкивает его свободные электроны. В результате на стороне шара, обращенной к заряду $q_2$, скопится избыточный положительный заряд, а на противоположной стороне — избыточный отрицательный заряд.

Сила $F_2$, действующая на заряд $q_2$, является векторной суммой:

1. Силы притяжения со стороны первоначального положительного заряда шара.
2. Силы притяжения со стороны индуцированных положительных зарядов, которые находятся ближе к $q_2$.
3. Силы отталкивания со стороны индуцированных отрицательных зарядов, которые находятся дальше от $q_2$.

Так как индуцированные положительные заряды расположены ближе к $q_2$, их притяжение будет сильнее, чем отталкивание от дальних отрицательных зарядов. Таким образом, явление индукции создает дополнительную силу притяжения, которая усиливает первоначальную силу притяжения. Общая сила $F_2$ будет направлена к шару, и ее модуль будет больше, чем был бы без явления индукции.

Вывод

Поскольку по условию заряды равны по модулю ($|q_1| = |q_2|$), но явление индукции ослабляет силу отталкивания для $q_1$ и усиливает силу притяжения для $q_2$, то модуль силы $|F_2|$ будет больше модуля силы $|F_1|$. Кроме того, сами силы направлены в противоположные стороны: $F_1$ — это сила отталкивания, а $F_2$ — сила притяжения. Следовательно, силы не одинаковы.

Ответ: Нет, силы не одинаковые. Силы различаются как по направлению (одна — отталкивания, другая — притяжения), так и по модулю. Сила притяжения, действующая на отрицательный заряд $q_2$, по модулю больше, чем сила отталкивания, действующая на положительный заряд $q_1$.