Coulombin lakia käytetään laskemaan kahden varauksen välisen sähkövoiman suuruus.
Tämä laki sanoo, että voiman voimakkuus on yhtä suuri kuin vakion, jota kutsutaan vakiona, tulo elektrostaatti, varausten arvon moduulilla jaettuna varausten välisen etäisyyden neliöllä, eli:
Hyödynnä alla olevien kysymysten ratkaisua ja poista epäilyt tästä sähköstaattisesta sisällöstä.
Ratkaistu ongelmat
1) Fuvest - 2019
Kolme pientä palloa, jotka on ladattu positiivisella varauksella ܳ, ovat kolmion kärjet kuvan osoittamalla tavalla. Kolmion sisäosaan on kiinnitetty toinen pieni pallo, negatiivisella varauksella q. Tämän varauksen etäisyydet kolmeen muuhun saadaan kuviosta.
Missä Q = 2 x 10-4 C, q = - 2 x 10-5 C ja ݀ d = 6 m, varauksen q nettosähkövoima
(Vakio k0 Coulombin laki on 9 x 109 Ei. m2 / Ç2)
a) on tyhjä.
b) on y-akselin suunta, alaspäin ja 1,8 N moduuli.
c) on y-akselin suunta, ylöspäin suuntautuva ja 1,0 N moduuli.
d) on y-akselin suunta, alaspäin ja 1,0 N moduuli.
e) on y-akselin suunta, ylöspäin suuntautuva ja 0,3 N moduuli.
Kuorman q nettovoiman laskemiseksi on tarpeen tunnistaa kaikki tähän kuormitukseen vaikuttavat voimat. Alla olevassa kuvassa edustamme näitä voimia:
Lataukset q ja Q1 sijaitsevat kuvassa esitetyn suorakulmion kärjessä, jonka jalat ovat 6 m.
Näin ollen näiden varausten välinen etäisyys löytyy Pythagoraan lauseesta. Joten meillä on:
Nyt kun tiedämme varausten q ja Q väliset etäisyydet1, voimme laskea F-voiman voimakkuuden1 joukossa, jotka soveltavat Coulombin lakia:
F-voiman vahvuus2 q: n ja q: n välillä2 on myös yhtä suuri kuin , koska varausten etäisyys ja arvo ovat samat.
Nettovoiman F laskemiseksi12 käytämme suuntaissääntöä alla olevan kuvan mukaisesti:
Q- ja Q-kuormien välisen voima-arvon laskemiseksi3 sovellamme jälleen Coulombin lakia, jossa niiden välinen etäisyys on 6 m. Täten:
Lopuksi lasketaan varauksen q nettovoima. Huomaa, että F pakottaa12 ja F3 on sama suunta ja vastakkainen suunta, joten tuloksena oleva voima on yhtä suuri kuin näiden voimien vähennys:
Kuinka F3 moduuli on suurempi kuin F12, tulos osoittaa ylöspäin y-akselin suuntaan.
Vaihtoehto: e) on y-akselin suunta, ylöspäin suuntautuva ja 0,3 N moduuli.
Jos haluat lisätietoja, katso Coulombin laki ja Sähkövoima.
2) UFRGS - 2017
Kuusi Q: ta vastaavaa sähkövarausta on järjestetty muodostaen säännöllisen kuusikulmion reunalla R, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.
Tämän järjestelyn perusteella, kun k on sähköstaattinen vakio, harkitse seuraavia lauseita.
I - Tuloksena olevan kuusikulmion keskellä olevan sähkökentän moduuli on yhtä suuri kuin
II - Latauksen q viemiseksi äärettömästä kuusikulmion keskipisteeseen vaadittava työ on yhtä suuri kuin
III - Tulosvoima kuormituksen q kohdalla, joka on sijoitettu kuusikulmion keskelle, on nolla.
Mitkä ovat oikeita?
a) Vain minä
b) Vain II.
c) Vain I ja III.
d) Vain II ja III.
e) I, II ja III.
I - Kuusikulmion keskellä oleva sähkökenttävektori on nolla, koska koska jokaisen varauksen vektorilla on sama moduuli, ne peruuttavat toisensa, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty:
Ensimmäinen väite on siis väärä.
II - Työn laskemiseksi käytämme seuraavaa lauseketta T = q. ΔU, jossa ΔU on yhtä suuri kuin kuusikulmion keskellä oleva potentiaali miinus potentiaali äärettömässä.
Määritetään äärettömyyden potentiaali nollaksi ja kuusikulmion keskellä olevan potentiaalin arvo saadaan potentiaalin summalla suhteessa kuhunkin lataukseen, koska potentiaali on skalaarinen määrä.
Koska varauksia on 6, kuusikulmion keskellä oleva potentiaali on yhtä suuri kuin: . Tällä tavoin työn antaa:
, siis väite on totta.
III - Nelinvoiman laskemiseksi kuusikulmion keskeltä teemme vektorisumman. Tuloksena oleva voiman arvo heksan keskellä on nolla. Joten myös vaihtoehto on totta.
Vaihtoehto: d) Vain II ja III.
Jos haluat lisätietoja, katso myös Sähkökenttä ja Sähkökenttäharjoitukset.
3) PUC / RJ - 2018
Kaksi sähkövarausta + Q ja + 4Q on kiinnitetty x-akselille, vastaavasti paikkoihin x = 0,0 m ja x = 1,0 m. Kolmas varaus sijoitetaan näiden kahden väliin x-akselille siten, että se on sähköstaattisessa tasapainossa. Mikä on kolmannen varauksen sijainti metreinä?
a) 0,25
b) 0,33
c) 0,40
d) 0,50
e) 0,66
Kun asetamme kolmannen kuorman kahden kiinteän kuorman väliin, sen merkistä riippumatta, tähän kuormitukseen vaikuttaa kaksi samaa ja vastakkaista suuntaa olevaa voimaa, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty:
Kuvassa oletetaan, että varaus Q3 on negatiivinen ja koska varaus on sähköstaattisessa tasapainossa, nettovoima on yhtä suuri kuin nolla, näin:
Vaihtoehto: b) 0,33
Jos haluat lisätietoja, katso sähköstaattiset ja Sähköstaattinen: Harjoitukset.
4) PUC / RJ - 2018
Se kuormitus0 asetetaan kiinteään asentoon. Kun asetat kuormaa q1 = 2q0 etäisyydellä d q: stä0, mitä1 kärsii moduulin F. hylkivästä voimasta Korvataan q1 kuormalle, joka2 samassa asennossa, mikä2 kärsii 2F-moduulin houkuttelevasta voimasta. Jos kuormat q1 ja mitä2 sijoitetaan 2d etäisyydelle toisistaan, niiden välinen voima on
a) hylkivä moduulista F
b) vastenmielinen, 2F-moduulilla
c) houkutteleva, moduulin F kanssa
d) houkutteleva, 2F-moduulilla
e) houkutteleva 4F-moduuli
Koska varausten q välillä on voimaO ja mitä1 on hylkäämistä ja varausten välillä qO ja mitä2 on vetovoima, päätellään, että kuormat q1 ja mitä2 on vastakkaisia merkkejä. Tällä tavalla näiden kahden varauksen välinen voima houkuttelee.
Tämän voiman suuruuden selvittämiseksi aloitamme soveltamalla Coulombin lakia ensimmäisessä tilanteessa, toisin sanoen:
Kuormana q1 = 2 q0edellinen lauseke on:
Kun vaihdat q1 miksi2 voima on yhtä suuri kuin:
Eristetään maksu2 tasa-arvon kahdella puolella ja korvaa F: n arvon, joten meillä on:
Nettovoiman löytäminen varausten q välillä1 ja mitä2, sovelletaan Coulombin lakia uudelleen:
Korvataan q1 2q: lle0, mitä2 4q: lla0 ja12 2d mennessä edellinen lauseke on:
Tätä lauseketta tarkkailemalla huomaamme, että F: n moduuli12 = F.
Vaihtoehto: c) houkutteleva, moduulin F kanssa
5) PUC / SP - 2019
Pallomainen hiukkanen, joka on sähköistetty q-moduulin varauksella, massa m, kun se asetetaan tasaiselle, vaakasuoralle, täysin sileälle pinnalle, jonka keskipiste on etäisyys d toisen sähköistetyn hiukkasen keskipisteestä, kiinteä ja myös suuruudeltaan yhtä suuri kuin q, houkuttelee sähkövoiman vaikutuksesta, jolloin saavutetaan kiihtyvyys a. Tiedetään, että väliaineen sähköstaattinen vakio on K ja painovoiman kiihtyvyyden suuruus on g.
Määritä uusi etäisyys d ’, hiukkasten keskipisteiden välillä, tällä samalla pinnalla kuitenkin nyt kallistettu kulmassa θ suhteessa vaakatasoon, niin että kuormitusjärjestelmä pysyy tasapainossa staattinen:
Jotta kuorma pysyisi tasapainossa kaltevalla tasolla, voimapainon osan on oltava pintaa tangenttisuunnassa (Pt ) tasapainotetaan sähkövoimalla.
Alla olevassa kuvassa kuvataan kaikki kuormaan vaikuttavat voimat:
P-komponenttit painovoimasta saadaan lausekkeella:
Pt = P. jos ei
Kulman sini on yhtä suuri kuin vastakkaisen jalan mitan jakautuminen hypotenuusin mitalla, alla olevassa kuvassa tunnistamme nämä mitat:
Kuvasta päätellään, että sen θ antaa:
Korvaamalla tämä arvo painokomponenttilausekkeessa meille jää:
Kun sähkövoima tasapainottaa tätä voimaa, meillä on seuraava tasa-arvo:
Yksinkertaistamalla lauseketta ja eristämällä d ', meillä on:
Vaihtoehto:
6) UERJ - 2018
Alla oleva kaavio kuvaa metallipalloja A ja B, molempien massa 10-3 kg ja moduulin sähkökuorma yhtä suuri kuin 10-6 Ç. Pallot kiinnitetään eristävillä johdoilla tukiin, ja niiden välinen etäisyys on 1 m.
Oletetaan, että langanpitopallo A on leikattu ja että kyseisen pallon nettovoima vastaa vain sähköistä vuorovaikutusvoimaa. Laske kiihtyvyys, m / s2, hankittu pallolla A heti langan katkaisun jälkeen.
Pallon kiihtyvyyden arvon laskemiseksi langan katkaisun jälkeen voimme käyttää Newtonin toista lakia:
FR = m.
Sovellettaessa Coulombin lakia ja tasaamalla sähkövoima syntyneeseen voimaan, meillä on:
Tehtävässä ilmoitettujen arvojen korvaaminen:
7) Unicamp - 2014
Varautuneiden hiukkasten vetovoimalla ja syrjäyttämisellä on lukuisia teollisia sovelluksia, kuten sähköstaattinen maalaus. Alla olevat kuviot esittävät saman sarjan varautuneita hiukkasia neliön puolen a kärjissä, jotka kohdistavat sähköstaattisia voimia varaukseen A tämän neliön keskellä. Esitetyssä tilanteessa vektori, joka parhaiten edustaa kuormaan A vaikuttavaa nettovoimaa, on esitetty kuvassa
Saman merkin varausten välinen voima on vetovoima ja vastakkaisten merkkien varausten välillä on vastenmielisyyttä. Alla olevassa kuvassa edustamme näitä voimia:
Vaihtoehto: d)
