Ответьте на вопросы, страница 122 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему равнодействующую сил, действующих на тело, нельзя находить простым сложением их значений?

2. Почему прибор для определения сил взаимодействия зарядов, изобретенный Кулоном, назван весами?

3. Почему малым по размеру телам нельзя передать бесконечно большой по значению заряд?

1. Почему равнодействующую сил, действующих на тело, нельзя находить простым сложением их значений?

Равнодействующую сил нельзя находить простым сложением их значений (модулей), потому что сила является векторной величиной. Векторная величина характеризуется не только числовым значением (модулем), но и направлением в пространстве.

Простое арифметическое сложение модулей сил (скалярное сложение) было бы верным только в том случае, если бы все силы действовали вдоль одной прямой и в одном направлении. Однако в общем случае силы, приложенные к телу, могут быть направлены под разными углами друг к другу.

Для нахождения равнодействующей силы $ \vec{F}_{рез} $ необходимо выполнять векторное сложение всех действующих сил $ \vec{F}_1, \vec{F}_2, ..., \vec{F}_n $:

$ \vec{F}_{рез} = \vec{F}_1 + \vec{F}_2 + ... + \vec{F}_n $

Это сложение выполняется по правилам геометрии, таким как правило параллелограмма или правило многоугольника. Игнорирование направлений сил привело бы к совершенно неверному результату, так как взаимное направление сил кардинально влияет на их суммарный эффект. Например, две равные по модулю, но противоположно направленные силы дадут в сумме ноль, а не удвоенное значение.

Ответ: Сила является векторной величиной, которая имеет и модуль, и направление. Простое сложение модулей не учитывает направление сил, поэтому для нахождения равнодействующей необходимо использовать векторное сложение.

2. Почему прибор для определения сил взаимодействия зарядов, изобретенный Кулоном, назван весами?

Прибор, который Шарль Кулон использовал для измерения силы взаимодействия электрических зарядов, называется крутильными весами. Название «весы» было дано по аналогии с обычными рычажными весами, хотя принцип их действия отличается.

Обычные весы измеряют силу тяжести (вес) путем ее уравновешивания силой тяжести эталонных гирь. То есть, они сравнивают (уравновешивают) одну силу с другой, известной силой.

Крутильные весы Кулона работают по схожему принципу уравновешивания сил. В его установке сила электрического отталкивания или притяжения между двумя заряженными шариками заставляла поворачиваться легкое коромысло, подвешенное на тонкой упругой нити. При повороте нить закручивалась, и в ней возникала упругая сила (а точнее, момент силы), стремящаяся вернуть коромысло в исходное положение. Величина этого упругого момента силы пропорциональна углу закручивания нити.

Таким образом, Кулон измерял электрическую силу, уравновешивая ее заранее проградуированной силой упругости закрученной нити. Подобно тому, как обычные весы «взвешивают» массу, сравнивая силы тяжести, крутильные весы «взвешивали» электрическую силу, сравнивая ее с силой упругости. Эта аналогия в принципе измерения — уравновешивание неизвестной силы известной — и послужила причиной названия прибора.

Ответ: Прибор Кулона был назван весами по аналогии с обычными весами, так как его принцип действия основан на уравновешивании (сравнении) измеряемой силы электрического взаимодействия с другой, известной силой — силой упругости закрученной нити.

3. Почему малым по размеру телам нельзя передать бесконечно большой по значению заряд?

Передать телу, особенно малому, бесконечно большой заряд невозможно из-за физических ограничений, связанных с электрическим полем и свойствами окружающей среды.

1. Создание электрического поля. Любое заряженное тело создает вокруг себя электрическое поле. Напряженность этого поля $ E $ тем больше, чем больше заряд $ q $ тела и чем меньше его размеры. Для уединенного проводящего шара радиусом $ R $ напряженность поля на его поверхности равна $ E = k \frac{|q|}{R^2} $, где $ k $ — коэффициент пропорциональности.

2. Электрический пробой диэлектрика. Тело обычно находится в какой-либо среде, например, в воздухе, который в нормальных условиях является диэлектриком (не проводит ток). Однако любой диэлектрик имеет предел прочности — максимальную напряженность электрического поля, которую он может выдержать, не теряя своих изолирующих свойств. Это значение называется диэлектрической проницаемостью. Для сухого воздуха при атмосферном давлении она составляет примерно $ 3 \cdot 10^6 $ В/м.

3. Стекание заряда. Когда напряженность электрического поля на поверхности тела достигает или превышает диэлектрическую прочность окружающей среды, происходит ионизация молекул среды (электрический пробой). Среда становится проводящей, и заряд начинает «стекать» с тела. Это явление может проявляться в виде искрового или коронного разряда.

Таким образом, существует предельный заряд, который может удержать на себе тело определенного размера в данной среде. Попытка сообщить ему заряд сверх этого предела приведет к немедленной его потере из-за пробоя диэлектрика. Для малых тел (с малым $ R $) этот предельный заряд достигается быстрее, так как даже небольшой заряд создает на их поверхности сильное электрическое поле. Бесконечно большой заряд создал бы бесконечно сильное поле, что привело бы к мгновенному пробою любой среды.

Ответ: Бесконечно большой заряд создал бы вокруг тела электрическое поле бесконечно большой напряженности. Любая окружающая среда (даже вакуум) при достижении определенной напряженности поля теряет свои диэлектрические свойства и становится проводящей, что приводит к стеканию (разряду) избыточного заряда с тела.