в жидком диэлектрике плотностью 900 кг/м3 находится во взвешенном состоянии положительно заряженный шарик массой 0,18 г, плотность вещества шарика 1800 кг/м3 , а q=20нКл. Найдите напряженность поля в диэлектрике считая его однородным
p1=900 кг/м3 жидкий диэлектрик плотность
p2=1800 кг/м3 плотность вещества шарика
m=0.18 г=0,18*10^-3 кг шарик массой
q=20нКл=20*10^-9 Кл заряд шарика
В условии не указана диэлектрическая проницаемость - будем считать ε=1
В системе участвуют три силы. Плотность диэлектрика влияет на выталкивающую силу Архимеда (Fa), а его диэлектрическая проницаемость уменьшает силу Кулоновского взаимодействия (Fк). Сила тяготения (Fт) уравновешивает указанные силы.
Fт=mg
Fa= mg*p1/p2
Fk= qE
Уравнение равновесия Fт-Fa-Fk=0
mg- mg*p1/p2- qE =0
qE = mg(1- p1/p2)
E = mg(1- p1/p2)/q
E=0.18*10^-3*10*(1-900/1800)/ (20*10^-9) =45000 B/м=45кВ/м=4.5*10^4 В/м
ответ Е=45000 B/м=45кВ/м=4.5*10^4 В/м
m=270 г 0,27 кг
V=30 см³ 0,00003 м³
pжид.=1000 кг/м³
g=10 Н/кг
Найти:
F=Fтяж.-Fа=? Н
Решение
На тело, погруженное в воду, действует приложенная сила F и выталкивающая сила Архимеда (направлены вверх), которая равна:
Fa=pжид.*g*V=1000*10*0,00003=0,3 Н
Также на тело действует сила тяжести (направлена вниз):
Fтяж.=m*g=0,27*10=2,7 Н
Чтобы тело плавало внутри жидкости (не тонуло и не всплывало), сила Архимеда и приложенная сила должны уравновешивать силу тяжести:
F+Fa=Fтяж.
F=Fтяж.-Fa=2,7-0,3=2,4 (Н)
ОТВЕТ: 2,4 Н