Номер 5, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

5. В каком случае при сближении двух одноименно заряженных тел сила отталкивания между ними уменьшается до нуля?

На первый взгляд, данный вопрос может показаться противоречивым. Согласно закону Кулона для точечных зарядов, сила отталкивания между одноименными зарядами $F$ обратно пропорциональна квадрату расстояния $r$ между ними ($F \sim 1/r^2$). Это означает, что при сближении ($r$ уменьшается) сила отталкивания должна неограниченно возрастать, а не уменьшаться.

Однако, в вопросе речь идет о "телах", а не о "точечных зарядах". Тела имеют конечные размеры и могут быть проводниками. Ситуация, описанная в вопросе, возможна, если одно из тел является полым проводником, а другое тело помещают внутрь него.

Доказательство:

Рассмотрим два тела, заряженных одноименно, например, положительно. Пусть одно тело – это полая проводящая сфера с зарядом $Q$, а второе – небольшое тело с зарядом $q$.

1. Когда оба тела находятся далеко друг от друга, они отталкиваются с силой, которая приблизительно описывается законом Кулона. При их сближении (пока второе тело находится снаружи сферы) сила отталкивания увеличивается.

2. Ключевым является свойство проводников в электростатике: внутри замкнутой проводящей оболочки (в полости) электрическое поле, создаваемое зарядами, расположенными на этой оболочке или вне ее, равно нулю. Это явление называется электростатической экранировкой.

3. Когда мы через небольшое отверстие вносим тело с зарядом $q$ внутрь полой сферы с зарядом $Q$, заряд $Q$, распределенный по внешней поверхности сферы, перестает оказывать на него какое-либо силовое воздействие. Электрическое поле от заряда $Q$ внутри сферы равно нулю.

Таким образом, сила отталкивания между зарядом $q$ малого тела и исходным зарядом $Q$ большого тела уменьшается до нуля в тот момент, когда малое тело оказывается внутри большого полого тела.

Важно отметить, что при внесении заряда $q$ внутрь полости на ее внутренней поверхности индуцируется заряд, равный по величине и противоположный по знаку ($-q$), а на внешней поверхности сферы к уже имеющемуся заряду $Q$ добавится заряд $+q$. Между внесенным телом и индуцированным зарядом на внутренней стенке возникнет сила притяжения. Однако, если рассматривать именно силу *отталкивания* от первоначального заряда $Q$, то она действительно обращается в ноль.

Ответ: Сила отталкивания между двумя одноименно заряженными телами уменьшается до нуля в случае, если одно из тел является полым проводником, а второе тело помещают внутрь его полости.