Номер 20, страница 15, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 13. Электризация тел. Носители электрического заряда - номер 20, страница 15.

Условие.

20. Почему незаряженная гильза притягивается к заряженной палочке независимо от знака заряда палочки?

Решение.

Причина этого явления — электростатическая индукция. Незаряженная гильза является электрически нейтральным телом, что означает равенство в ней суммарных положительных и отрицательных зарядов.

Когда к такой гильзе подносят заряженную палочку (неважно, какого знака), ее электрическое поле воздействует на заряды внутри гильзы. Если гильза проводящая, свободные электроны в ней перераспределяются: они либо притягиваются к положительно заряженной палочке, либо отталкиваются от отрицательно заряженной. В результате на стороне гильзы, которая находится ближе к палочке, всегда возникает избыточный заряд противоположного знака (индуцированный заряд), а на дальней стороне — избыточный заряд того же знака, что и у палочки. Если гильза из диэлектрика, происходит поляризация молекул, что приводит к появлению на поверхностях гильзы связанных зарядов с тем же эффектом.

На гильзу начинают действовать две основные силы: сила притяжения между палочкой и ближней, противоположно заряженной частью гильзы, и сила отталкивания между палочкой и дальней, одноименно заряженной частью.

Согласно закону Кулона, сила электростатического взаимодействия ослабевает с увеличением расстояния (она обратно пропорциональна квадрату расстояния: $F \sim 1/r^2$). Поскольку противоположные заряды (палочка и ближняя сторона гильзы) находятся ближе друг к другу, чем одноименные заряды (палочка и дальняя сторона гильзы), сила притяжения оказывается больше силы отталкивания.

Таким образом, результирующая сила, действующая на гильзу, всегда направлена к палочке, то есть является силой притяжения, вне зависимости от знака заряда палочки.

Ответ:

При поднесении заряженной палочки к незаряженной гильзе происходит явление электростатической индукции: заряды внутри гильзы перераспределяются. На стороне гильзы, ближней к палочке, скапливается заряд, противоположный по знаку заряду палочки, а на дальней — одноименный. Поскольку сила кулоновского взаимодействия убывает с расстоянием, сила притяжения между палочкой и ближней частью гильзы оказывается больше силы отталкивания от ее дальней части. В результате незаряженная гильза всегда притягивается к заряженной палочке, независимо от знака ее заряда.