Номер 23, страница 40, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 15. Электрическое поле - номер 23, страница 40.

Условие.

23. На положительно заряженную пластину падает заряженный шарик, при этом скорость шарика уменьшается. Каков знак заряда шарика? Как изменится его движение, если пластинку зарядить отрицательно?

Решение.

Каков знак заряда шарика?
На падающий шарик действуют две основные силы: сила тяжести ($F_т = mg$), направленная вертикально вниз, и электрическая сила ($F_э$) со стороны заряженной пластины.
По условию, скорость шарика при падении уменьшается. Это означает, что шарик тормозит, а его ускорение направлено в сторону, противоположную вектору скорости, то есть вертикально вверх.
Согласно второму закону Ньютона, вектор равнодействующей всех сил, приложенных к телу, сонаправлен с вектором ускорения. Следовательно, равнодействующая сила $F_р$ также направлена вертикально вверх.
Равнодействующая сила является векторной суммой силы тяжести и электрической силы: $\vec{F_р} = \vec{F_т} + \vec{F_э}$.
Так как сила тяжести $\vec{F_т}$ направлена вниз, а равнодействующая сила $\vec{F_р}$ направлена вверх, это возможно только в том случае, если электрическая сила $\vec{F_э}$ направлена вверх и по модулю больше силы тяжести ($|F_э| > |F_т|$).
Пластина заряжена положительно. Электрическая сила, действующая на шарик, направлена от пластины (вверх), что соответствует силе отталкивания. Одноименные заряды отталкиваются. Следовательно, заряд шарика тоже должен быть положительным.

Ответ: Заряд шарика положительный.

Как изменится его движение, если пластину зарядить отрицательно?
Если пластину зарядить отрицательно, а заряд шарика является положительным (как было определено в первой части), то между ними будет действовать сила электростатического притяжения.
В этом случае электрическая сила $\vec{F_э}$ будет направлена к пластине, то есть вертикально вниз.
Таким образом, на шарик будут действовать две силы, направленные в одну сторону (вниз): сила тяжести $\vec{F_т}$ и электрическая сила $\vec{F_э}$.
Равнодействующая сила $\vec{F_р}$ будет также направлена вниз, а ее модуль будет равен сумме модулей сил: $|F_р| = |F_т| + |F_э|$.
Согласно второму закону Ньютона, ускорение шарика $a = F_р / m = (F_т + F_э) / m = g + F_э/m$. Оно будет направлено вниз и по модулю будет больше ускорения свободного падения $\text{g}$.
Это означает, что шарик будет падать с ускорением, превышающим ускорение свободного падения, то есть его скорость будет возрастать быстрее, чем при падении в одном лишь поле силы тяжести.

Ответ: Шарик будет падать на пластину с ускорением, которое больше ускорения свободного падения ($a > g$).