Номер 48.9, страница 175 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 48. Электрическое поле. Глава 7. Электрические явления - номер 48.9, страница 175.

48.9 [н] Как изменятся силы взаимодействия $F_1$ и $F_2$ между шаром и каждым из зарядов $q_1$ и $q_2$ (см. рис. VII-18), если шар сместить между зарядами:

а) чуть правее;

б) чуть левее?

Рис. VII-18

Проанализируем силы, действующие на проводящий шар. Шар имеет собственный положительный заряд $Q$ и находится во внешнем электрическом поле, созданном зарядами $q_1$ (положительный) и $q_2$ (отрицательный).

Во-первых, из-за явления электростатической индукции свободные электроны в проводящем шаре перераспределяются под действием внешнего поля. Положительный заряд $q_1$ притягивает электроны к левой стороне шара, а отрицательный заряд $q_2$ отталкивает их от правой стороны (что также способствует их смещению влево). В результате левая сторона шара приобретает избыточный отрицательный заряд, а правая — избыточный положительный.

Сила взаимодействия $F_1$ между шаром и зарядом $q_1$ складывается из двух частей:

• Силы отталкивания между положительным зарядом $q_1$ и собственным положительным зарядом шара $Q$.
• Силы притяжения между положительным зарядом $q_1$ и индуцированными на левой стороне шара отрицательными зарядами.

Результирующая сила $F_1$ является векторной суммой этих двух сил.

Сила взаимодействия $F_2$ между шаром и зарядом $q_2$ также складывается из двух частей:

• Силы притяжения между отрицательным зарядом $q_2$ и собственным положительным зарядом шара $Q$.

• Силы притяжения между отрицательным зарядом $q_2$ и индуцированными на правой стороне шара положительными зарядами.

Обе составляющие силы $F_2$ являются силами притяжения, поэтому результирующая сила $F_2$ всегда является силой притяжения.

Рассмотрим, как изменятся величины (модули) этих сил при смещении шара.

а) Шар сместить чуть правее

При смещении шара вправо расстояние между шаром и зарядом $q_1$ увеличивается, а расстояние до заряда $q_2$ уменьшается.

Изменение силы $F_2$: Шар приближается к заряду $q_2$. Сила притяжения между их собственными зарядами ($Q$ и $q_2$) увеличится, так как она обратно пропорциональна квадрату расстояния ($F \sim 1/r^2$). Кроме того, при приближении к $q_2$ шар попадает в более сильное электрическое поле от этого заряда, что усиливает поляризацию шара (на правой стороне индуцируется еще больший положительный заряд). Сила притяжения между $q_2$ и этими индуцированными зарядами также возрастет. Поскольку обе составляющие силы притяжения увеличиваются, общая сила $F_2$ увеличится.

Изменение силы $F_1$: Шар удаляется от заряда $q_1$. Сила отталкивания между их собственными зарядами ($Q$ и $q_1$) уменьшится из-за увеличения расстояния. Сила притяжения между $q_1$ и индуцированными на левой стороне шара зарядами также уменьшится, поскольку расстояние до них увеличивается. Хотя поляризация шара может немного усилиться из-за приближения к $q_2$, основной вклад в изменение силы вносит изменение расстояния. Так как шар удаляется от $q_1$, все взаимодействия с ним ослабевают. Следовательно, величина силы $F_1$ уменьшится.

Ответ: Сила $F_1$ уменьшится, а сила $F_2$ увеличится.

б) Шар сместить чуть левее

Рассуждая аналогично, при смещении шара влево расстояние до заряда $q_1$ уменьшается, а расстояние до заряда $q_2$ увеличивается.

Изменение силы $F_1$: Шар приближается к заряду $q_1$. И сила отталкивания между собственными зарядами, и сила притяжения к индуцированным зарядам будут возрастать по величине из-за уменьшения расстояния. Вне зависимости от того, является ли результирующая сила $F_1$ силой отталкивания или притяжения, ее величина (модуль) увеличится, так как все взаимодействия с $q_1$ становятся интенсивнее.

Изменение силы $F_2$: Шар удаляется от заряда $q_2$. Обе составляющие силы притяжения ($F_2$) ослабевают из-за увеличения расстояния. Следовательно, величина силы $F_2$ уменьшится.

Ответ: Сила $F_1$ увеличится, а сила $F_2$ уменьшится.