В
Все
М
Математика
О
ОБЖ
У
Українська мова
Д
Другие предметы
Х
Химия
М
Музыка
Н
Немецкий язык
Б
Беларуская мова
Э
Экономика
Ф
Физика
Б
Биология
О
Окружающий мир
Р
Русский язык
У
Українська література
Ф
Французский язык
П
Психология
А
Алгебра
О
Обществознание
М
МХК
В
Видео-ответы
Г
География
П
Право
Г
Геометрия
А
Английский язык
И
Информатика
Қ
Қазақ тiлi
Л
Литература
И
История
denic311
denic311
01.11.2021 22:46 •  Физика

Две тонкие концентрические сферы имеют заряды 40 нkл и 50 нкл, равнораспределенные по поверхности. найдите силу, действующую на точечный заряд 10 нкл, находящийся вне этих сфер на расстоянии 9 см от их центра.

Показать ответ
Ответ:
smail1900
smail1900
31.08.2020 07:27
1. Уточним условие задачи:
Заряд первой сферы Q1 = +40 нКл
Заряд второй сферы Q2 = +50 нКл

2. План решения:
1) Выясним структуру поля, создаваемого сферами.
2) Найдём напряжённость электрического поля, которое создают сферы в точке размещения заряда.
3) Вычислим силу, действующую на пробный заряд q = +10 нКл по формуле F = qE

3. Ход решения
1) Структура поля. Симметрия задачи.
В электростатике существует, так называемая, теорема о единственности решения. Эта теорема утверждает, что если однозначно задана объёмная плотность зарядов (в том числе точечные, линейные и поверхностные заряды), а так же потенциалы на проводниках, то задача о нахождении электростатического поля и потенциала имеет единственно решение.
В нашем случае заряды равномерно "размазаны" по поверхности сфер, т.е. можно считать что задана равномерная поверхностная плотность заряда. Если мы зафиксируем центр сфер, а потом начнём как угодно вращать их, то распределение зарядов не изменится, а значит при произвольном повороте системы не изменится и картина силовых линий электростатического поля (и само поле тоже). Говорят, что при повороте системы задача переходит сама в себя. 

Если мы найдём конфигурацию силовых линий, удовлетворяющую этому условию, то найдём и единственное решение задачи.
Простая логика подсказывает, то силовые линии электростатического поля направлены вдоль радиуса сфер (центрально-симметричное поле). Величина электрического поля зависит только от расстояния до центра сфер. Во всех других случаях задача и её решение при повороте само в себя не перейдёт.

E  = E(r) * r₀, здесь r₀ - единичный радиус вектор, направленный от центра сфер к точечному заряду.

2) Величина электростатического поля E(r).
Воспользуемся теоремой Гаусса: 
\int \int{E} \, dS = \frac{Q}{\epsilon_0}.
Поток вектора напряжённости электростатического поля через любую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, содержащегося внутри этой поверхности.
В нашем случае удобно взять сферическую поверхность радиусом r (большим чем радиус заряженных сфер). Учтём, что на этой поверхности E(r) = const. Тогда 
\int\int{E}\,dS=E(r)\int \int{}\,dS=E(r)\Omega=4\pi r^2E=\frac{Q}{\epsilon_0}
Здесь Ω - площадь выбранной нами cферы.
Тогда имеем:
E(r) = \frac{Q_1+Q_2}{4\pi\epsilon_0 r^2}=k(Q_1+Q2)\frac{1}{r^2}

3) Сила действующая на заряд.
F = qE
Тогда F = qE(r) r₀
F=k(Q_1+Q2)\frac{q}{r^2}
F=9*10^9*(40+50)*10^{-9}*(10*10^{-9})/(0.09*0.09)=10^{-3}
ответ приведён в ньютонах.
0,0(0 оценок)
Популярные вопросы: Физика
Полный доступ
Позволит учиться лучше и быстрее. Неограниченный доступ к базе и ответам от экспертов и ai-bota Оформи подписку
logo
Начни делиться знаниями
Вход Регистрация
Что ты хочешь узнать?
Спроси ai-бота