Два одинаковых шарика массой 44,1 г подвешены на нитях длиной 0,5 м. При сообщении шарикам одинаковых избыточных зарядов они оттолкнулись

Решение к задаче представлено в виде картинки и приложено к ответу

Для начала давайте разберемся, что такое избыточные заряды и как они влияют на взаимодействие между шариками.

Избыточные заряды — это некоторое количество электрического заряда, которое шарик приобретает при трении с другими предметами. Заряды могут быть положительными или отрицательными. Когда на шарик накапливается избыточный заряд, он становится электрически заряженным.

Если два заряженных предмета имеют разные знаки заряда, то они притягиваются друг к другу. А если знаки зарядов одинаковые, то они отталкиваются.

Теперь вернемся к вопросу. В нем сказано, что два одинаковых шарика массой 44,1 г подвешены на нитях длиной 0,5 м. Когда шарикам сообщили одинаковые избыточные заряды, они оттолкнулись друг от друга. Нам нужно объяснить, как это произошло.

Для начала заметим, что нити, на которых подвешены шарики, неподвижны и не влияют на взаимодействие между шариками. То есть, шарики взаимодействуют друг с другом напрямую, без участия нитей.

Мы знаем, что шарики одинаковые, поэтому их массы одинаковы и равны 44,1 г.

Давайте представим, что один из шариков имеет положительный заряд, а другой — отрицательный заряд. Из-за того, что заряды одинаковые, то шарики будут отталкиваться друг от друга.

Но ведь заряды были накапливаемы избыточно при трении. Давайте обозначим заряды шариков как Q1 и Q2.

Тогда взаимодействие между шариками можно описать законом Кулона, который гласит: сила притяжения или отталкивания между двумя заряженными телами пропорциональна величине их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

То есть, сила взаимодействия между шариками будет равна F = k * Q1 * Q2 / r^2, где k — электростатическая постоянная, равная примерно 9 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2 (Ньютон * метр в квадрате на Кулон в квадрате), r — расстояние между шариками.

Теперь мы можем сказать, что сила взаимодействия между шариками привела к их отталкиванию. Если сравнить эту силу с весом каждого шарика (так как они подвешены), то можно сделать вывод о том, какой заряд имеют шарики.

Сила взаимодействия между шариками равна силе тяжести (весу) каждого шарика, так как они находятся в равновесии. Поэтому можем записать, что F = m * g, где m — масса шарика, g — ускорение свободного падения, примерно равное 9,8 м/с^2.

Используя это равенство, мы можем записать следующее: k * Q1 * Q2 / r^2 = m * g.

Теперь подставим известные значения: k = 9 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2, Q1 = Q2 (по условию) и равны неизвестной величине Q, m = 44,1 г = 0,0441 кг, g = 9,8 м/с^2, r = 0,5 м.

Получаем: 9 * 10^9 * Q^2 / (0,5^2) = 0,0441 * 9,8.

Решаем данное уравнение:

9 *10^9 * Q^2 / 0,25 = 0,43158.

Упрощаем: Q^2 = 0,025.

Извлекаем квадратный корень из обеих частей: Q = √(0,025).

Получаем: Q ≈ ±0,1581 Клон (знак "+-" означает, что заряды могут быть как положительными, так и отрицательными).

Заряды шариков составляют примерно ±0,1581 Клон.

Таким образом, чтобы шарики оттолкнулись друг от друга, им необходимо было накапливать избыточные заряды примерно ±0,1581 Клон, и эти заряды должны быть одинаковыми для обоих шариков.