Кулонов закон се користи за израчунавање величине електричне силе између два наелектрисања.
Овај закон каже да је интензитет силе једнак умношку константе, која се назива константа електростатика, модулом вредности наелектрисања, подељеним квадратом растојања између наелектрисања, тј:
Искористите решење доњих питања да бисте разјаснили своје сумње у вези са овим електростатичким садржајем.
Решени проблеми
1) Фувест - 2019
Три мале сфере набијене позитивним наелектрисањем заузимају темеље троугла, као што је приказано на слици. У унутрашњем делу троугла постављена је још једна мала сфера, са негативним набојем к. Растојања овог наелектрисања до остала три могу се добити из слике.
Где је К = 2 к 10-4 Ц, к = - 2 к 10-5 Ц и д = 6 м, нето електрична сила на наелектрисање к
(Константа к0 Кулонов закон је 9 к 109 Не. м2 / Ц2)
а) је нула.
б) има смер и осе, смер надоле и модул од 1,8 Н.
ц) има смер и осе, смер горе и модул 1,0 Н.
г) има смер оси и, смер надоле и модул 1,0 Н.
е) има смер и осе, смер горе и модул 0,3 Н.
За израчунавање нето силе на оптерећењу к потребно је идентификовати све силе које делују на ово оптерећење. На доњој слици представљамо следеће силе:
Набоји к и К1 налазе се на врху правоуглог троугла приказаног на слици, који има краке димензија 6 м.
Дакле, растојање између ових набоја може се наћи кроз питагорејску теорему. Тако имамо:
Сада када знамо растојање између наелектрисања к и К1, можемо израчунати снагу Ф силе1 међу њима који примењују Кулонов закон:
Снага силе Ф.2 између к и к набоја2 такође ће бити једнако , јер су растојање и вредност наелектрисања једнаки.
Да би се израчунала нето сила Ф.12 користимо правило паралелограма, као што је приказано доле:
Да би се израчунала вредност силе између к и К оптерећења3 поново примењујемо Кулонов закон, где је растојање између њих једнако 6 м. Тако:
На крају ћемо израчунати нето силу на набоју к. Имајте на уму да силе Ф.12 и Ф.3 имају исти смер и супротан смер, па ће резултујућа сила бити једнака одузимању ових сила:
Како Ф.3 има модул већи од Ф.12, резултат ће бити усмерен у правцу и осе.
Алтернатива: е) има правац и осе, смер горе и модул 0,3 Н.
Да бисте сазнали више, погледајте Кулонов закон и електрична енергија.
2) УФРГС - 2017
Шест електричних наелектрисања једнаких К распоређено је, чинећи правилан шестерокут са ивицом Р, као што је приказано на доњој слици.
На основу овог распореда, при чему је к електростатичка константа, узмите у обзир следеће тврдње.
И - Резултујуће електрично поље у центру шестерокута има модул једнак
ИИ - Рад потребан за довођење наелектрисања к, од бесконачности до центра шестерокута, једнак је
ИИИ - Резултујућа сила на испитном оптерећењу к, постављеном у средиште шестерокута, је нула.
Који су тачни?
а) Само ја.
б) Само ИИ.
в) Само И и ИИИ.
г) Само ИИ и ИИИ.
д) И, ИИ и ИИИ.
И - Вектор електричног поља у центру шестерокута је нула, јер како вектори сваког наелектрисања имају исти модул, они се међусобно поништавају, као што је приказано на доњој слици:
Дакле, прва изјава је нетачна.
ИИ - За израчунавање рада користимо следећи израз Т = к. ΔУ, где је ΔУ једнак потенцијалу у центру шестерокута минус потенцијал у бесконачности.
Дефинишимо потенцијал у бесконачности као нулу, а вредност потенцијала у средишту шестерокута биће дата збиром потенцијала у односу на свако наелектрисање, будући да је потенцијал скаларна величина.
Будући да постоји 6 наелектрисања, тада ће потенцијал у центру шестерокута бити једнак: . На овај начин рад ће дати:
, стога је изјава тачна.
ИИИ - Да бисмо израчунали нето силу у центру шестерокута, радимо векторски збир. Резултујућа вредност силе у центру хекса биће нула. Дакле, алтернатива је такође тачна.
Алтернатива: д) Само ИИ и ИИИ.
Да бисте сазнали више, погледајте такође Електрично поље и Вежбе електричног поља.
3) ЈКП / РЈ - 2018
Два електрична наелектрисања + К и + 4К су фиксирана на к оси, односно на положајима к = 0,0 м и к = 1,0 м. Треће наелектрисање је постављено између њих две, на к оси, тако да је у електростатичкој равнотежи. Какав је положај трећег наелектрисања, у м?
а) 0,25
б) 0,33
в) 0,40
г) 0,50
е) 0,66
При постављању трећег терета између два фиксна терета, без обзира на његов знак, на ово оптерећење деловаће две силе истог смера и супротних смерова, као што је приказано на доњој слици:
На слици претпостављамо да је наелектрисање К3 негативно и пошто је наелектрисање у електростатичкој равнотежи, онда је нето сила једнака нули, овако:
Алтернатива: б) 0,33
Да бисте сазнали више, погледајте електростатика и Електростатика: Вежбе.
4) ЈКП / РЈ - 2018
Терет који0 поставља се у фиксни положај. При постављању терета к1 = 2к0 на удаљености д од к0, Шта1 трпи одбојну силу модула Ф. Замена к1 за терет који2 у истом положају, који2 трпи привлачну силу од 2Ф модула. Ако су оптерећења к1 и шта2 постављени су на 2д удаљености једна од друге, сила између њих је
а) одбојни, модула Ф.
б) одбојни, са 2Ф модулом
в) атрактиван, са модулом Ф.
г) атрактиван, са 2Ф модулом
е) атрактиван, 4Ф модул
Како сила између наелектрисања кО. и шта1 је одбојност и између наелектрисања кО. и шта2 привлачи, закључујемо да су оптерећења к1 и шта2 имају супротне предзнаке. На тај начин сила између ова два набоја биће привлачна.
Да бисмо пронашли величину ове силе, започећемо применом Куломовог закона у првој ситуацији, то јест:
Бити оптерећење к1 = 2 к0претходни израз ће бити:
При замени к1 зашто2 сила ће бити једнака:
Хајде да изолујемо набој који2 на две стране једнакости и замените вредност Ф, па имамо:
Да би се пронашла нето сила између наелектрисања к1 и шта2, применимо поново Кулонов закон:
Замена к1 за 2к0, Шта2 за 4к0 и од12 са 2д, претходни израз ће бити:
Посматрајући овај израз, примећујемо да модул Ф.12 = Ф.
Алтернатива: ц) атрактивна, са модулом Ф
5) ЈКП / СП - 2019
Сферна честица наелектрисана наелектрисањем модула једнаког к масе м, постављена на равну, хоризонталну, савршено глатку површину са средиштем а удаљеност д од центра друге наелектрисане честице, фиксиране и такође са наелектрисањем модула једнаким к, привлачи се дејством електричне силе, стичући убрзање α. Познато је да је електростатичка константа медијума К, а величина убрзања гравитације г.
Одредите ново растојање д ’, између центара честица, на истој тој површини, међутим, са њим сада нагнут под углом θ, у односу на хоризонталну раван, тако да систем терета остаје у равнотежи статиц:
Да би терет остао у равнотежи на нагнутој равни, компонента силе силе мора бити у тангентном смеру на површину (Пт ) уравнотежен је електричном силом.
На доњој слици представљамо све силе које делују на терет:
П компонентат силе тежине дат је изразом:
П.т = П. ако сте
Синус угла једнак је подели мере супротног крака мером хипотенузе, на слици испод идентификујемо ове мере:
Из слике закључујемо да ће сен θ бити дато са:
Заменом ове вредности у изразу компоненте тежине, преостаје нам:
Како је ова сила уравнотежена електричном силом, имамо следећу једнакост:
Поједностављујући израз и изолујући д ', имамо:
Алтернатива:
6) УЕРЈ - 2018
Дијаграм у наставку представља металне сфере А и Б, обе масе 10-3 кг и електрично оптерећење модула једнако 10-6 Ц. Сфере су причвршћене изолационим жицама на носаче, а растојање између њих је 1 м.
Претпоставимо да је сфера А која држи жицу пресечена и да нето сила на тој сфери одговара само сили електричне интеракције. Израчунати убрзање, у м / с2, стечен лоптом А непосредно након пресецања жице.
Да бисмо израчунали вредност убрзања кугле након пресецања жице, можемо користити Њутнов други закон, односно:
ФР. = м. Тхе
Примењујући Кулонов закон и изједначавајући електричну силу са резултујућом силом, имамо:
Замена вредности назначених у проблему:
7) Уницамп - 2014
Привлачност и одбојност између наелектрисаних честица има бројне индустријске примене, попут електростатичког бојења. Доње слике приказују исти скуп наелектрисаних честица, на врховима квадратне странице а, које врше електростатичке силе на наелектрисање А у средишту овог квадрата. У приказаној ситуацији, вектор који најбоље представља нето силу која делује на оптерећење А приказан је на слици
Сила између наелектрисања истог знака је привлачност, а између наелектрисања супротних знакова одбијање. На доњој слици представљамо следеће силе:
Алтернатива: д)
