Номер 9, страница 20, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 6. Электрические явления. Параграф 37. Закон Кулона - номер 9, страница 20.

Условие.

9*. Известно, что точечные заряды одного знака отталкиваются. Могут ли два заряженных тела притягиваться за счёт действия электрических сил? Если да, то в каком случае? Ответ обоснуйте. (Подсказка. Будет ли притягиваться металлический незаряженный шар к положительно заряженному шарику? Будет ли металлический шар по-прежнему притягиваться, если на него нанести положительный заряд, много меньший заряда шарика?)

Решение.

Да, два заряженных тела одного знака могут притягиваться друг к другу. Это возможно благодаря явлению электростатической индукции, если заряды тел и расстояние между ними удовлетворяют определённым условиям.

Рассмотрим этот процесс по шагам, следуя подсказке.

Сначала представим взаимодействие положительно заряженного шарика и нейтрального (незаряженного) металлического шара. В металлическом шаре есть свободные электроны. Под действием электрического поля, создаваемого положительным шариком, эти электроны смещаются к стороне шара, ближайшей к шарику. В результате на ближней стороне шара возникает избыточный отрицательный заряд, а на дальней стороне, где теперь недостаток электронов, — избыточный положительный заряд. Этот процесс называется электростатической индукцией или поляризацией.

Теперь между телами действуют несколько сил. Положительно заряженный шарик притягивает индуцированный отрицательный заряд на ближней стороне шара и отталкивает индуцированный положительный заряд на его дальней стороне. Согласно закону Кулона, сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами ($F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$). Так как индуцированный отрицательный заряд находится ближе к шарику, чем индуцированный положительный, сила притяжения будет больше силы отталкивания. В результате суммарная сила будет силой притяжения, и нейтральный шар притянется к заряженному шарику.

Теперь ответим на основной вопрос. Пусть на металлический шар нанесён небольшой положительный заряд $q_1$, а шарик имеет значительно больший положительный заряд $q_2$ ($q_1 \ll q_2$). Когда мы поднесём их друг к другу, сильное электрическое поле шарика с зарядом $q_2$ всё равно вызовет электростатическую индукцию в шаре. На ближней к шарику стороне шара снова сконцентрируется индуцированный отрицательный заряд, а на дальней — дополнительный индуцированный положительный.

В этом случае итоговая сила будет складываться из:

• Силы кулоновского отталкивания между суммарными положительными зарядами тел ($q_1$ и $q_2$).
• Силы притяжения, вызванной электростатической индукцией (которая, как мы выяснили, является результатом более сильного притяжения к ближним индуцированным зарядам противоположного знака и более слабого отталкивания от дальних индуцированных зарядов того же знака).

Если тела находятся на достаточно малом расстоянии, то сила притяжения за счёт индукции может оказаться больше, чем сила отталкивания их суммарных одноимённых зарядов. В таком случае результирующая сила будет силой притяжения.

Ответ: Да, могут. Два одноименно заряженных тела могут притягиваться, если заряд одного тела значительно больше заряда другого, и они находятся на достаточно близком расстоянии. В этом случае сила притяжения, возникающая из-за электростатической индукции (поляризации), оказывается сильнее силы кулоновского отталкивания их суммарных зарядов.