Чтобы у тела изменилась скорость, на тело должна подействовать сила. Но изменение скорости происходит при перемещении тела.
Можно установить прямую связь между силой, действующей на тело, его перемещением и изменением скорости тела на рассматриваемом участке траектории движения.
Пусть на тело массы m, двигавшееся со скоростью начала действовать сила под углом к направлению движения тела. Под действием этой силы тело совершает перемещение и скорость тела изменяется от до
Сделаем чертеж и опишем сюжет на математическом языке.
Рис. 1Выберем инерциальную систему отсчета, свяжем ее с Землей.
Точку отсчета совместим с тем положением тела, когда на него только начала действовать сила. В этот же момент начнем отсчитывать время.
Так как движение происходит в одном направлении, ограничимся одной координатной осью. Выберем направление, совпадающее с направлением движения.
Закончим отсчет времени в тот момент, когда скорость тела достигла искомой величины
Изобразим на чертеже кинематические характеристики движения тела: его перемещение, начальную и конечную скорости, ускорение, а также динамическую характеристику – силу.
Рис. 2Запишем второй закон Ньютона в векторной форме и в проекции на выбранное направление. x: F ∙ cos α = m ∙ a.
В связи с поставленной задачей, домножим правую и левую часть уравнения на S:
F ∙ S ∙ cos α = m ∙ a ∙ S.
Из кинематики известно, что ускорение движения связано с начальной и конечной скоростью движения соотношением:
С учетом этого имеем:
Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:
Физическая величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения тела под действием этой силы и на косинус угла между направлением силы и перемещения, называется работой силы: A = F ∙ S ∙ cos α.
Таким образом, работа силы равна изменению кинетической энергии тела: A = ΔEk.
Это утверждение называется теоремой об изменении кинетической энергии тела.
Работа силы и кинетическая энергия – величины скалярные.
Чтобы получить единицу работы, надо в определяющее уравнение работы подставить единицы силы – 1 Н и перемещения – 1 м. Получаем: 1 Н∙м. Эта единица имеет собственное название – 1 джоуль (1 Дж).
Чтобы у тела изменилась скорость, на тело должна подействовать сила. Но изменение скорости происходит при перемещении тела.
Можно установить прямую связь между силой, действующей на тело, его перемещением и изменением скорости тела на рассматриваемом участке траектории движения.
Пусть на тело массы m, двигавшееся со скоростью начала действовать сила под углом к направлению движения тела. Под действием этой силы тело совершает перемещение и скорость тела изменяется от до
Сделаем чертеж и опишем сюжет на математическом языке.
Рис. 1Выберем инерциальную систему отсчета, свяжем ее с Землей.
Точку отсчета совместим с тем положением тела, когда на него только начала действовать сила. В этот же момент начнем отсчитывать время.
Так как движение происходит в одном направлении, ограничимся одной координатной осью. Выберем направление, совпадающее с направлением движения.
Закончим отсчет времени в тот момент, когда скорость тела достигла искомой величины
Изобразим на чертеже кинематические характеристики движения тела: его перемещение, начальную и конечную скорости, ускорение, а также динамическую характеристику – силу.
Рис. 2Запишем второй закон Ньютона в векторной форме и в проекции на выбранное направление. x: F ∙ cos α = m ∙ a.
В связи с поставленной задачей, домножим правую и левую часть уравнения на S:
F ∙ S ∙ cos α = m ∙ a ∙ S.
Из кинематики известно, что ускорение движения связано с начальной и конечной скоростью движения соотношением:
С учетом этого имеем:
Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:
Физическая величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения тела под действием этой силы и на косинус угла между направлением силы и перемещения, называется работой силы: A = F ∙ S ∙ cos α.
Таким образом, работа силы равна изменению кинетической энергии тела: A = ΔEk.
Это утверждение называется теоремой об изменении кинетической энергии тела.
Работа силы и кинетическая энергия – величины скалярные.
Чтобы получить единицу работы, надо в определяющее уравнение работы подставить единицы силы – 1 Н и перемещения – 1 м. Получаем: 1 Н∙м. Эта единица имеет собственное название – 1 джоуль (1 Дж).
Дано:
qA = 8 нКл = 8*10^-9 Кл
qB = 2 нКл = 2*10^-9 Кл
qC = 3,5 нКл = 3,5*10^-9 Кл
а = 20 см = 2*10^-1 м
F_AB = 11,7 мкН = 11,7*10^-6 Н
k = 9*10⁹ Н*м²/Кл²
b - ?
Сила F_AB складывается геометрически из силы F_A и силы F_B, которые действуют на заряд qC:
F_AB = √(F_A² + F_B²)
По закону Кулона электростатическая сила равна:
F = k*q1*q2/r², тогда:
F_A = k*qA*qC/a² => F_A² = k²*qA²*qC²/a⁴
F_B = k*qB*qC/b² => F_B² = k²*qB²*qC²/b⁴
Выразим b из уравнения силы F_AB:
F_AB = √((k²*qA²*qC²/a⁴) + (k²*qB²*qC²/b⁴)) = √(k²*qC²*(qA²/a⁴ + qB²/b⁴)) - возведём в квадрат обе части уравнения:
F_AB² = k²*qC²*(qA²/a⁴ + qB²/b⁴)
F_AB²/(k²*qC²) = qA²/a⁴ + qB²/b⁴
qB²/b⁴ = F_AB²/(k²*qC²) - qA²/a⁴
b⁴ = qB²/(F_AB²/(k²*qC²) - qA²/a⁴) = qB²/(a⁴*F_AB² - k²*qC²*qA²/(k²*qC²*a⁴)) = qB²*k²*qC²*a⁴/(a⁴*F_AB² - k²*qC²*qA²) =>
=> b² = qB*k*qC*a²/√(a⁴*F_AB² - k²*qC²*qA²) =>
=> b = a*√(qB*k*qC) / ⁴√(a⁴*F_AB² - k²*qC²*qA²) = 2*10^-1*√(2*10^-9*9*10⁹*3,5*10^-9) / ⁴√((2*10^-1)⁴*(11,7*10^-6)² - (9*10⁹)²*(3,5*10^-9)²*(8*10^-9)²) = 0,07993... = 0,08 м = 8 см
ответ: 8 см.