Legea lui Coulomb este utilizată pentru a calcula magnitudinea forței electrice dintre două sarcini.
Această lege spune că intensitatea forței este egală cu produsul unei constante, numită constantă electrostatică, prin modulul valorii sarcinilor, împărțit la pătratul distanței dintre sarcini, adică:
Profitați de rezolvarea întrebărilor de mai jos pentru a vă îndepărta îndoielile cu privire la acest conținut electrostatic.
Probleme rezolvate
1) Fuvest - 2019
Trei sfere mici încărcate cu o sarcină pozitivă ܳ ocupă vârfurile unui triunghi, așa cum se arată în figură. În partea interioară a triunghiului este aplicată o altă sferă mică, cu o sarcină negativă q. Distanțele acestei sarcini față de celelalte trei pot fi obținute din figură.
Unde Q = 2 x 10-4 C, q = - 2 x 10-5 C și ݀ d = 6 m, forța electrică netă pe sarcină q
(Constanta k0 Legea lui Coulomb este de 9 x 109 Nu. m2 / Ç2)
a) este nul.
b) are direcția axei y, direcția descendentă și modulul 1,8 N.
c) are direcția axei y, direcția ascendentă și modulul de 1,0 N.
d) are direcția axei y, direcția descendentă și modulul 1,0 N.
e) are direcția axei y, direcția în sus și modulul 0,3 N.
Pentru a calcula forța netă asupra sarcinii q este necesar să se identifice toate forțele care acționează asupra acestei sarcini. În imaginea de mai jos reprezentăm aceste forțe:
Încărcăturile q și Q1 sunt situate la vârful triunghiului dreptunghic prezentat în figură, care are picioare de 6 m.
Astfel, distanța dintre aceste sarcini poate fi găsită prin teorema lui Pitagora. Deci avem:
Acum, că știm distanțele dintre sarcinile q și Q1, putem calcula puterea forței F1 printre care aplică legea lui Coulomb:
Puterea forței F.2 între sarcinile q și q2 va fi, de asemenea, egal cu , deoarece distanța și valoarea taxelor sunt aceleași.
Pentru a calcula forța netă F12 folosim regula paralelogramului, așa cum se arată mai jos:
Pentru a calcula valoarea forței dintre sarcinile q și Q3 aplicăm din nou legea lui Coulomb, unde distanța dintre ele este egală cu 6 m. Prin urmare:
În cele din urmă, vom calcula forța netă asupra sarcinii q. Rețineți că forțele F12 și F3 au aceeași direcție și direcție opusă, astfel încât forța rezultată va fi egală cu scăderea acestor forțe:
Cât de F3 are un modul mai mare decât F12, rezultatul va indica în direcția axei y.
Alternativă: e) are direcția axei y, direcția în sus și modulul 0,3 N.
Pentru a afla mai multe, vezi Legea lui Coulomb și energie electrică.
2) UFRGS - 2017
Sase sarcini electrice egale cu Q sunt dispuse, formând un hexagon regulat cu muchia R, așa cum se arată în figura de mai jos.
Pe baza acestui aranjament, cu k fiind constanta electrostatică, luați în considerare următoarele afirmații.
I - Câmpul electric rezultat în centrul hexagonului are un modul egal cu
II - Lucrarea necesară pentru a aduce o sarcină q, de la infinit la centrul hexagonului, este egală cu
III - Forța rezultată pe o sarcină de test q, plasată în centrul hexagonului, este nulă.
Care sunt corecte?
a) Numai eu.
b) Doar II.
c) Numai I și III.
d) Doar II și III.
e) I, II și III.
I - Vectorul câmpului electric din centrul hexagonului este nul, deoarece vectorii fiecărei sarcini au același modul, se anulează reciproc, așa cum se arată în figura de mai jos:
Deci, prima afirmație este falsă.
II - Pentru a calcula munca folosim următoarea expresie T = q. ΔU, unde ΔU este egal cu potențialul din centrul hexagonului minus potențialul la infinit.
Să definim potențialul la infinit ca nul, iar valoarea potențialului din centrul hexagonului va fi dată de suma potențialului relativ la fiecare sarcină, deoarece potențialul este o mărime scalară.
Deoarece există 6 încărcări, atunci potențialul din centrul hexagonului va fi egal cu: . În acest fel, lucrarea va fi dată de:
, prin urmare, afirmația este adevărată.
III - Pentru a calcula forța netă din centrul hexagonului, facem o sumă vectorială. Valoarea forței rezultate la centrul hexagonal va fi zero. Deci, alternativa este și adevărată.
Alternativă: d) Doar II și III.
Pentru a afla mai multe, consultați și Câmp electric și Exerciții de câmp electric.
3) PUC / RJ - 2018
Două sarcini electrice + Q și + 4Q sunt fixate pe axa x, respectiv la pozițiile x = 0,0 m și x = 1,0 m. O a treia sarcină este plasată între cele două, pe axa x, astfel încât să fie în echilibru electrostatic. Care este poziția celei de-a treia sarcini, în m?
a) 0,25
b) 0,33
c) 0,40
d) 0,50
e) 0,66
Când plasăm o a treia sarcină între cele două sarcini fixe, indiferent de semnul acesteia, vom avea două forțe de aceeași direcție și direcții opuse care acționează asupra acestei sarcini, așa cum se arată în figura de mai jos:
În figură, presupunem că sarcina Q3 este negativă și din moment ce sarcina se află în echilibru electrostatic, atunci forța netă este egală cu zero, astfel:
Alternativă: b) 0,33
Pentru a afla mai multe, vezi electrostatică și Electrostatice: Exerciții.
4) PUC / RJ - 2018
O sarcină care0 este plasat într-o poziție fixă. La plasarea unei sarcini q1 = 2q0 la o distanță d de q0, ce1 suferă o forță respingătoare de modul F. Înlocuirea q1 pentru o sarcină care2 în aceeași poziție, care2 suferă o forță atractivă de modul 2F. Dacă încărcăturile q1 si ce2 sunt plasate la o distanță de 2d una de cealaltă, forța dintre ele este
a) respingător, al modulului F
b) respingător, cu un modul 2F
c) atractiv, cu modulul F
d) atractiv, cu modul 2F
e) modul atractiv, 4F
Ca forță între acuzații qO si ce1 este respingere și între sarcini qO si ce2 este de atracție, concluzionăm că încărcăturile q1 si ce2 au semne opuse. În acest fel, forța dintre aceste două sarcini va fi de atracție.
Pentru a găsi amploarea acestei forțe, vom începe prin aplicarea legii lui Coulomb în prima situație, adică:
Fiind sarcina q1 = 2 q0expresia anterioară va fi:
La înlocuirea q1 De ce2 forța va fi egală cu:
Să izolăm acuzația care2 pe două laturi ale egalității și înlocuiește valoarea lui F, deci avem:
Pentru a găsi forța netă dintre sarcini q1 si ce2, să aplicăm din nou legea lui Coulomb:
Înlocuirea q1 pentru 2q0, ce2 cu 4q0 și de12 de 2d, expresia anterioară va fi:
Observând această expresie, observăm că modulul lui F12 = F.
Alternativă: c) atractivă, cu modulul F
5) PUC / SP - 2019
O particulă sferică electrificată cu o sarcină de modul egală cu q, de masă m, atunci când este plasată pe o suprafață plană, orizontală, perfect netedă cu centrul său o distanță d de centrul unei alte particule electrificate, fixă și, de asemenea, cu o sarcină de modul egală cu q, este atrasă de acțiunea forței electrice, dobândind o accelerație α. Se știe că constanta electrostatică a mediului este K și magnitudinea accelerației gravitației este g.
Determinați noua distanță d ’, între centrele particulelor, pe aceeași suprafață, totuși, cu ea acum înclinat sub un unghi θ, în raport cu planul orizontal, astfel încât sistemul de sarcină să rămână în echilibru static:
Pentru ca sarcina să rămână în echilibru pe planul înclinat, componenta greutății forței trebuie să fie în direcția tangentă la suprafață (Pt ) este echilibrată de forța electrică.
În figura de mai jos reprezentăm toate forțele care acționează asupra sarcinii:
Componenta P.t a forței de greutate este dată de expresia:
Pt = P. dacă nu
Sinusul unui unghi este egal cu împărțirea măsurii piciorului opus cu măsura hipotenuzei, în imaginea de mai jos identificăm aceste măsuri:
Din figură, concluzionăm că sen θ va fi dat de:
Înlocuind această valoare în expresia componentei de greutate, rămânem cu:
Deoarece această forță este echilibrată de forța electrică, avem următoarea egalitate:
Simplificând expresia și izolând d ', avem:
Alternativă:
6) UERJ - 2018
Diagrama de mai jos reprezintă sferele metalice A și B, ambele cu mase de 10-3 kg și sarcină electrică a modulului egală cu 10-6 Ç. Sferele sunt atașate de fire izolatoare la suporturi, iar distanța dintre ele este de 1 m.
Să presupunem că sfera de susținere a firului A a fost tăiată și că forța netă pe acea sferă corespunde doar forței de interacțiune electrică. Calculați accelerația, în m / s2, dobândit de bila A imediat după tăierea firului.
Pentru a calcula valoarea accelerației sferei după tăierea firului, putem folosi a doua lege a lui Newton, adică:
FR = m.
Aplicând legea lui Coulomb și echivalând forța electrică cu forța rezultată, avem:
Înlocuirea valorilor indicate în problemă:
7) Unicamp - 2014
Atracția și respingerea dintre particulele încărcate are numeroase aplicații industriale, cum ar fi vopsirea electrostatică. Figurile de mai jos arată același set de particule încărcate, la vârfurile unei laturi pătrate a, care exercită forțe electrostatice asupra sarcinii A în centrul acestui pătrat. În situația prezentată, vectorul care reprezintă cel mai bine forța netă care acționează asupra sarcinii A este prezentat în figură
Forța dintre sarcinile aceluiași semn este atracția și între sarcinile semnelor opuse este respingerea. În imaginea de mai jos reprezentăm aceste forțe:
Alternativă: d)
