Номер 12.29, страница 62 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 12. Электрическое поле - номер 12.29, страница 62.

Условие.

12.29. Заряженную стеклянную палочку подносят поочередно к металлическим стержням А и Б (рис. 37), находящимся на диэлектрической поверхности. В каком случае сила притяжения между палочкой и стержнем больше?

Рис. 37

Решение.

Решение

Когда заряженную стеклянную палочку (будем считать ее заряд положительным) подносят к незаряженному металлическому стержню, в стержне происходит явление электростатической индукции. Свободные электроны в металлическом стержне перераспределяются под действием электрического поля заряженной палочки.

В случае а палочку подносят к торцу стержня А. Свободные электроны со всего объема стержня притягиваются к положительно заряженной палочке и скапливаются на ближнем к ней конце. На дальнем конце стержня возникает недостаток электронов, то есть образуется избыточный положительный заряд. Таким образом, на ближнем к палочке конце стержня концентрируется индуцированный отрицательный заряд, а на дальнем — равный ему по модулю положительный заряд.

В случае б палочку подносят к боковой поверхности стержня Б. Электроны также притягиваются к палочке и скапливаются на ближней к ней боковой поверхности. На противоположной, дальней стороне стержня, возникает избыточный положительный заряд.

В обоих случаях результирующая сила, действующая на стержень, является векторной суммой силы притяжения между палочкой и индуцированными отрицательными зарядами и силы отталкивания между палочкой и индуцированными положительными зарядами. Поскольку индуцированные отрицательные заряды всегда находятся ближе к палочке, чем положительные, сила притяжения оказывается больше силы отталкивания, и в обоих случаях стержень притягивается к палочке.

Величина силы взаимодействия между зарядами зависит от расстояния между ними, согласно закону Кулона ($F \sim 1/r^2$). Чтобы определить, в каком случае сила притяжения больше, нужно сравнить степень разделения индуцированных зарядов. В случае а индуцированные заряды разных знаков разделены расстоянием, сравнимым с длиной стержня. В случае б они разделены расстоянием, сравнимым с шириной стержня. Поскольку длина стержня значительно больше его ширины, в случае а индуцированные положительные заряды оказываются на гораздо большем расстоянии от палочки, чем в случае б. Это приводит к тому, что сила отталкивания в случае а будет значительно слабее. Сила же притяжения к ближайшим отрицательным зарядам в обоих случаях примерно одинакова. Следовательно, результирующая сила притяжения будет больше в том случае, где сила отталкивания от дальних зарядов меньше, то есть в случае а.

Ответ: Сила притяжения между палочкой и стержнем больше в случае а.