Домашние задания: Другие предметы

Пожалуйста помогите решить задачу по физике (Закон сохранения заяда.Закон кулона)!

В вершинах квадрата со стороной a помещены заряды по 10^(-6) Кл. Какой отрицательный заряд нужно поместить в точке пересечения диагоналей, чтобы вся система находилась в равновесии? Ответ: -9,6 * 10^(-7) Кл *Если можно с рисунком. Заранее огромное спасибо!!!
обозначим длину стороны квадрата через а, заряд в вершине через q
рассмотрим заряд в вершине
на него действуют два соседа на расстоянии а с силой f1 = f2 ~ q^2/a^2
и третий заряд - на расстоянии sqrt(2) * a, действует с силой f3 ~ q^2/(sqrt(2)*a)^2 = 1/2 * q^2/a^2

{тут должен быть рисунок}

1/ равнодействующая этих сил направлена от центра квадрата (по диагонали) и равна fравн = f1 / sqrt(2) + f2 / sqrt(2) + f3 ~ sqrt(2) * q^2/a^2 + = 1/2 * q^2/a^2 = (sqrt(2)+1/2) * q^2/a^2

2/ пусть в центре имеем заряд Q, он находится на расстоянии a / sqrt(2) от углового заряда q
сила взаимодействия F ~ q*Q / (a/sqrt(2))^2 = 2*q*Q/a^2

условие равновесия: fравн = F
(sqrt(2)+1/2) * q^2/a^2 = 2*q*Q/a^2
отсюда Q = q/2 * (sqrt(2)+1/2)
ГШ
Гульжан Шалхарова
568
Лучший ответ
Все заряды, расположенные в вершинах квадрата, находятся в одинаковых условиях. Возьмем заряд в одной вершине квадрате (пусть это будет т. А)
Его отталкивают заряды, помещенные в других вершинах (например В, С, и Д) с силами F(В) , F(С) , F(Д) . Уравновесить действие этих сил может отрицательный заряд ( пусть это будет q*), помещенный в точке пересечения диагоналей (точка Е) и действующий с силой F(Е) .
Равновесие возникает в том случае, когда суммы проекций всех сил на оси Ох и Оу будут равны нулю:
на ось Ох:
-F(В) - F(С) cos45 + F(Е) cos45 = 0 (1)
на ось Оу:
F(Д) - F(С) cos45 - F(Е) cos45 = 0, (2)
по закону Кулона модули сил F(В) и F(Д) равны:
F(В) = F(Д) = кqq/a^2 = kq^2/a^2 ; F(С) = kq^2/(AC)^2, где АС = а на корень из двух.
Модуль силы F(Е) также можно определить по закону Кулона:
F(Е) = kqq*/L^2, где L = (а на корень из двух) / 2, т. е.
F(Е) = 4kqq*/2a^2 = 2kqq*/a^2.
Известно, что cos45 = (корень из двух) / 2. Модуль заряда q* определяем из любого уравнения: (1) или (2), например, из (1):
- kq^2/a^2 - (kq^2/2a^2) *(корень из двух) / 2 + (2kqq*/a^2) * (корень из двух) / 2 = 0. Отсюда
q* = q умножить на (корень из двух + 4) / 4 корней из двух = 9,6 * 10^(-7) Кл
ОП
Олег Платон
2 250