Маленький шарик с зарядом q=410-8 Кли массой 3 г, подвешенный на невесомой нити с коэффициентом упругости 100 Н/м, находится между вертикальными пластинами плоского воздушного конденсатора. Расстояние между обкладками конденсатора 5 см. Какова разность потенциалов между обкладками конденсатора, если удлинение нити 0,5 мм? Ответ выразите в кВ.
Круто, давай подскажем тебе так, чтобы ты смог(ла) сам(а) посчитать и проверить ответ.
Подсказка (пошагово, чтобы выйти к числу около 50 кВ):
- Шарик висит на нити-рессоре, поэтому натяжение T раза равно k Δl, где Δl дано и равно 0,5 мм = 5·10^-4 м. Значит T = k Δl = 100 Н/м × 5·10^-4 м = 0,05 Н.
- Силы на шарик в равновесии можно разложить по направлениям горизонтали и вертикали вдоль и перпендикулярно нити:
- Горизонталь: T sin α = q E
- Вертикаль: T cos α = m g
- Возведем обе эти уравнения в квадрат и сложим: (T sin α)^2 + (T cos α)^2 = (qE)^2 + (mg)^2. Левая часть = T^2, поэтому
(k Δl)^2 = (qE)^2 + (m g)^2.
- Отсюда E = sqrt[(k Δl)^2 − (m g)^2] / q.
- Электрическое поле между пластинами связано с напряжением: E = U / d, поэтому U = E d.
- Подставь данные: d = 5 см = 0,05 м, q = 4×10^−8 C, m = 3 г = 0,003 кг, g ≈ 9,8 м/с^2, kΔl = 0,05 Н.
- (kΔl)^2 = 0,0025
- (mg)^2 = (0,003×9,8)^2 ≈ 0,000864
- sqrt[(kΔl)^2 − (mg)^2] ≈ sqrt(0,0016356) ≈ 0,04045 Н
- E ≈ 0,04045 / (4×10^−8) ≈ 1.01×10^6 V/m
- U = E d ≈ 1.01×10^6 × 0,05 ≈ 5.0×10^4 V = 50 кВ
Если хочешь, могу проверить твою конкретную попытку пошагово или сделать полный расчет ещё раз, чтобы увидеть, на каком этапе могло что-то пойти не так.
Пожалуйста, оцени этот ответ лайком или дизлайком.