Два заряда Q1иQ2 находящиеся на растоянии r=25см в воздухе, взаимодействуют с силой F=0,1H.определить заряд Q2, если Q1=1.5•10-⁶Кл. как изменится Q2, если между зарядоми поместить…

Задача по физике. Решение пошагово.

Дано:

• Расстояние r = 25 см = 0.25 м
• Сила взаимодействия F = 0.1 Н
• Первый заряд Q1 = 1.5 × 10^(-6) Кл
• Во второй части нужно учесть стекло между зарядами (диэлектрик)

1. Определим Q2 в воздухе (без диэлектрика)

На заряды действует сила Кулона: F = k0 · |Q1 Q2| / r^2, где k0 ≈ 8.9875 × 10^9 Н·м^2/Кл^2.

Из этого выражения находим Q2: Q2 = F · r^2 / (k0 · Q1)

Подставим числа:

• r^2 = (0.25)^2 = 0.0625 м^2
• F · r^2 = 0.1 × 0.0625 = 6.25 × 10^(-3)
• k0 · Q1 = (8.9875 × 10^9) × (1.5 × 10^(-6)) ≈ 1.348 × 10^4

Тогда: Q2 ≈ (6.25 × 10^(-3)) / (1.348 × 10^4) ≈ 4.6 × 10^(-7) Кл

Ответ: Q2 ≈ 4.6 × 10^(-7) Кл (модуль; знак зависит от того, равны ли заряды по знаку: одинаковый знак — сила отталкивания, противоположный — притяжения).

2. Как изменится Q2, если между зарядами поместить стекло

В диэлектрике с относительной проницаемостью εr (εr для стекла примерно 4–5, зависит от стекла и частоты) закон Кулона модифицируется так: F = (1 / (4π ε0 εr)) · |Q1 Q2| / r^2 = Fvac / εr

То есть при том же Q1 и той же дистанции сила уменьшается в εr раз.

Чтобы сохранить ту же силу F ≈ 0.1 Н, нужно увеличить произведение Q1 Q2 пропорционально εr (при условии, что Q1 фиксирован). Следовательно: Q2' = εr · Q2

Значения:

• Если εr стекла ≈ 4: Q2' ≈ 4 × 4.6 × 10^(-7) ≈ 1.8 × 10^(-6) Кл
• Если εr ≈ 5: Q2' ≈ 5 × 4.6 × 10^(-7) ≈ 2.3 × 10^(-6) Кл

Общее заключение:

• В воздухе Q2 ≈ 4.6 × 10^(-7) Кл.
• При вставке стекла между зарядами необходима величина Q2, увеличенная в примерно εr раз (для стекла обычно в диапазоне примерно 4–5), т.е. Q2' ≈ (1.8–2.3) × 10^(-6) Кл, чтобы сила оставалась той же. Если же Q2 оставлять без изменения, сила станет меньше примерно в εr раз.