Номер 2, страница 126 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

2. Определите силу взаимодействия между точечными зарядами по 1 мкКл, находящимися на расстоянии 10 см. Как изменится сила взаимодействия зарядов, если их поместить в воду?

Дано:

$q_1 = q_2 = 1 \text{ мкКл} = 1 \cdot 10^{-6} \text{ Кл}$

$r = 10 \text{ см} = 0.1 \text{ м}$

Найти:

$F_1$ - сила взаимодействия в вакууме

Как изменится сила $F$ в воде

Решение:

Определите силу взаимодействия между точечными зарядами по 1 мкКл, находящимися на расстоянии 10 см.

Сила электростатического взаимодействия между двумя точечными зарядами в вакууме (или воздухе, для которого диэлектрическая проницаемость $\epsilon \approx 1$) определяется законом Кулона:

$F_1 = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$

Здесь $k$ – коэффициент пропорциональности (постоянная Кулона), который в системе СИ равен $k \approx 9 \cdot 10^9 \frac{Н \cdot м^2}{Кл^2}$.

Подставим в формулу значения величин, переведенные в систему СИ:

$F_1 = 9 \cdot 10^9 \frac{Н \cdot м^2}{Кл^2} \cdot \frac{|(1 \cdot 10^{-6} \text{ Кл}) \cdot (1 \cdot 10^{-6} \text{ Кл})|}{(0.1 \text{ м})^2} = 9 \cdot 10^9 \cdot \frac{10^{-12}}{10^{-2}} = 9 \cdot 10^{9 - 12 + 2} = 9 \cdot 10^{-1} = 0.9 \text{ Н}$.

Поскольку заряды имеют одинаковый знак, это сила отталкивания.

Ответ: Сила взаимодействия между зарядами составляет 0.9 Н.

Как изменится сила взаимодействия зарядов, если их поместить в воду?

При помещении зарядов в диэлектрическую среду сила их взаимодействия уменьшается в $\epsilon$ раз, где $\epsilon$ - диэлектрическая проницаемость среды. Закон Кулона для среды выглядит так:

$F_{среды} = \frac{1}{\epsilon} \cdot k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} = \frac{F_{вакуум}}{\epsilon}$

Диэлектрическая проницаемость дистиллированной воды является справочной величиной и при комнатной температуре принимается равной $\epsilon_{воды} \approx 81$.

Следовательно, сила взаимодействия зарядов в воде уменьшится в 81 раз по сравнению с силой в вакууме.

Можно также вычислить новое значение силы:

$F_{воды} = \frac{F_1}{\epsilon_{воды}} = \frac{0.9 \text{ Н}}{81} \approx 0.011 \text{ Н}$.

Ответ: При помещении зарядов в воду сила их взаимодействия уменьшится в 81 раз.