Яка маса верхньої кульки, яка може ковзати без тертя по вертикальній діелектричній спиці, якщо на ній нанизані дві

Разъяснение: Чтобы решить эту задачу, мы можем использовать принцип сохранения энергии. Когда верхняя кулька движется вниз без трения, потенциальная энергия системы (верхняя кулька + нижняя кулька) преобразуется в энергию кинетического движения.

Первым шагом найдем потенциальную энергию системы на высоте 2 см над нижней кулькой. Потенциальная энергия, связанная с зарядами, вычисляется по формуле U = k*q1*q2/r, где k — постоянная Кулона (k ≈ 9×10^9 Н м^2/Кл^2), q1 и q2 — заряды кульки, r — расстояние между ними.

U = (9×10^9 Н м^2/Кл^2) * (2 нКл) * (4 нКл) / (0,02 м) = 4,5×10^12 Дж.

Далее, при полном движении верхней кульки, ее потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию. Кинетическая энергия T = (1/2) * m * v^2, где m — масса, v — скорость.

Установим, что потенциальная энергия равна кинетической:

4,5×10^12 Дж = (1/2) * m * v^2.

Так как кинетическая энергия связана со скоростью кульки и массой, а скорость постоянна, скорость кульки равна нулю в покое, значит, можно сказать, что ее кинетическая энергия также равна нулю. Следовательно, потенциальная энергия системы равна нулю.

4,5×10^12 Дж = 0, что не совпадает. Таким образом, верхняя кулька не сможет скользить без трения по вертикальной диэлектрической штанге.

Совет: Для лучшего понимания электростатики и решения задач подобного типа, важно понимать принцип сохранения энергии и использовать соответствующие формулы. Также полезно разобраться в базовых понятиях электростатики, таких как заряд, потенциал и электрическое поле.

Задание: Как изменится решение задачи, если верхняя кулька будет иметь отрицательный заряд?