1. Во сколько раз надо изменить расстояние между зарядами при увеличении одного из них в 2 раза, а другого в 8 раз ,чтобы сила взаимодействия осталась прежней?
2. Два одинаковых заряда взаимодействуют с силой 81 мН на расстоянии 3 см. Найдите величину каждого заряда.
Для решения данной задачи, давайте сперва разберемся, как взаимодействуют заряды и как определяется сила взаимодействия между ними.
Заряды взаимодействуют посредством силы, которая называется "сила Кулона". Сила Кулона определяется по формуле:
F = k * (|q1| * |q2|) / r^2,
где F - сила взаимодействия между зарядами,
k - постоянная Кулона (k = 9 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2),
|q1| и |q2| - абсолютные значения зарядов,
r - расстояние между зарядами.
Теперь перейдем к решению задачи:
1. Изменение расстояния:
Пусть изначально первый заряд равен q1, а второй заряд равен q2. Допустим, что нам нужно изменить q1 в 2 раза, а q2 в 8 раз, чтобы сила взаимодействия осталась прежней.
Тогда:
F1 = k * (|q1| * |q2|) / r^2, - исходная сила взаимодействия
F2 = k * (|2q1| * |8q2|) / (r')^2, - сила взаимодействия после изменения зарядов и расстояния
Так как нам нужно, чтобы сила взаимодействия оставалась прежней, то F1 = F2:
k * (|q1| * |q2|) / r^2 = k * (|2q1| * |8q2|) / (r')^2.
Сокращаем k и переносим все остальные значения в одно уравнение:
(|q1| * |q2|) / r^2 = (|2q1| * |8q2|) / (r')^2.
Мы заметим, что |2q1| = 2 * |q1| и |8q2| = 8 * |q2|. Подставляем эти значения и продолжаем:
(|q1| * |q2|) / r^2 = (2 * |q1| * 8 * |q2|) / (r')^2.
Далее, мы замечаем, что |q1 * q2| = |q1| * |q2|. Продолжим подставлять значения и упрощать выражение:
(|q1| * |q2|) / r^2 = (2 * 8 * |q1| * |q2|) / (r')^2,
(|q1| * |q2|) / r^2 = (16 * |q1| * |q2|) / (r')^2.
Деля обе части уравнения на |q1| * |q2|, получаем:
1 / r^2 = 16 / (r')^2.
Обратим обе части уравнения и вычтем из 1:
(r')^2 = r^2 / 16.
r' = sqrt(r^2 / 16),
r' = r / 4.
Таким образом, расстояние между зарядами должно быть уменьшено в 4 раза.
2. Найдем величину каждого заряда:
Мы имеем формулу для силы взаимодействия:
F = k * (|q1| * |q2|) / r^2.
Подставляем данную величину силы (81 мН), постоянную Кулона (k) и расстояние (3 см) в формулу:
81 * 10^-3 = (9 * 10^9) * (|q1| * |q2|) / (0.03)^2.
Упрощаем уравнение:
81 * 10^-3 = (9 * 10^9) * (|q1| * |q2|) / (9 * 10^-3).
Делим обе части уравнения на 9 * 10^-3:
81 = (9 * 10^9) * (|q1| * |q2|).
Берем квадратный корень от обеих частей уравнения:
sqrt(81) = sqrt((9 * 10^9) * (|q1| * |q2|)).
Решаем квадратный корень:
9 = 3 * 10^4 * sqrt(|q1| * |q2|).
Делим обе части уравнения на 3 * 10^4:
9 / (3 * 10^4) = sqrt(|q1| * |q2|).
9 / (3 * 10^4) = sqrt(|q1|) * sqrt(|q2|).
Упрощаем уравнение:
sqrt(|q1| * |q2|) = sqrt(9 / (3 * 10^4)).
Сокращаем под корнем и решаем квадратный корень:
sqrt(|q1| * |q2|) = sqrt(0.0003).
Окончательно, найдем величины зарядов:
|q1| = sqrt(0.0003) = 0.01732 Кл.
|q2| = sqrt(0.0003) = 0.01732 Кл.
Таким образом, каждый заряд имеет величину 0.01732 Кл.
Я надеюсь, что данное разъяснение помогло вам понять решение задачи. Если у вас возникнут еще вопросы, не стесняйтесь задавать их!