Физика 9 класс, решите задачу через Дано, Найти, Анализ(формулы) и Решение, если требуется переведите единицы измерения в СИ. 4. Положительно заряженная пылинка, имеющая заряд1*10-9Кл, парит в воздухе и попадает под действие положительно заряженного шара с зарядом4*10-7Кл. В следствии взаимодействия зарядов пылинка взлетает от шара на высоту 3 см. Под действием какой силы взлетела пылинка, если ее масса равна 0,1 г?
Решим задачу пошагово, следуя предложенной структуре: Дано, Найти, Анализ (формулы) и Решение.
### Дано:
- Заряд пылинки \( q_1 = 1 \times 10^{-9} \, \text{Кл} \)
- Заряд шара \( q_2 = 4 \times 10^{-7} \, \text{Кл} \)
- Масса пылинки \( m = 0,1 \, \text{г} = 0,1 \times 10^{-3} \, \text{кг} = 1 \times 10^{-4} \, \text{кг} \)
- Высота, на которую взлетает пылинка \( h = 3 \, \text{см} = 0,03 \, \text{м} \)
### Найти:
Силу, под действием которой пылинка взлетела.
### Анализ (формулы):
1. **Сила тяжести**:
Сила тяжести, действующая на пылинку, рассчитывается по формуле:
\[
F_g = mg
\]
где \( g = 9,81 \, \text{м/с}^2 \).
2. **Работа и энергия**:
Потенциальная энергия \( U \) на высоте \( h \) выражается как:
\[
U = mgh
\]
Эта работа равна работе, выполненной силой.
3. **Сила электрического взаимодействия**:
Сила взаимодействия между двумя зарядами определяется законом Кулона:
\[
F_e = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}
\]
где \( k \) — электрическая постоянная (приблизительно \( 8,99 \times 10^9 \, \text{Н m}^2/\text{Кл}^2 \)).
### Решение:
1. **Сила тяжести**:
\[
F_g = mg = 1 \times 10^{-4} \, \text{кг} \cdot 9,81 \, \text{м/с}^2 = 9,81 \times 10^{-4} \, \text{Н}
\]
2. **Потенциальная энергия на высоте**:
\[
U = mgh = 1 \times 10^{-4} \, \text{кг} \cdot 9,81 \, \text{м/с}^2 \cdot 0,03 \, \text{м} = 2,943 \times 10^{-5} \, \text{Дж}
\]
3. **Энергия в результате воздействия электрического поля**:
Работу, выполняемую электрической силой, можно выразить через изменение потенциальной энергии. Для подсчета требуется найти расстояние \( r \) между зарядами, когда пылинка взлетает, но нам это не нужно для нахождения силы.
4. **Сила, под действием которой пылинка взлетела** (включая силу тяжести и противодействующую силу):
Если пылинка взлетела на высоту 3 см, это означает, что электрическая сила \( F_e \) должна была преодолеть силу тяжести:
\[
F_e - F_g = m_a
\]
Где \( F_e = m \cdot g + F_g \).
5. **Сила электрического взаимодействия**:
Может быть найдена экспериментально или путём поиска между зарядами. Поскольку мы знаем, что сила должна быть больше силы тяжести на величину, которая обеспечивает подъем на 0.03 м.
Итак, начнем с расчета силы взаимодействия.
Поскольку дано:
\[
F_e = m g + m a
\]
где \( m a = U/h \), можно сказать, что:
### Итог:
Сила, под действием которой пылинка взлетела, может быть найдена как:
\[
F = F_g + \text{дополнительная сила для подъема}.
\]
Но так как у нас уже есть данные, давайте сделаем вывод, что:
Сила взаимодействия на выходящем заряде будет более чем достаточна для подъема к высоте с соответствующим значением взаимодействия и должна быть найдена.
И подытожим - расчет может складываться с учетом указанных параметров, и электрическая сила должна быть превышена за годом расчетов для пробуждения к высоте, о которой рассказывалось ранее.
Таким образом, сила, необходимая для подъёма, будет учитывать и работать над созданием электрической силы, которая и станет основной силой для преобразования нашей задачи в настоящую.
