Каким образом металлический шарик, подвешенный на шелковой нити и заряженный положительным зарядом, будет заряжаться

Тема урока: Взаимодействие заряженного шарика с диэлектрической подставкой в виде пустотелой сферы

Разъяснение:
При расположении заряженного шарика на диэлектрической подставке в виде пустотелой сферы происходят интересные явления. Рассмотрим два случая:

а) Если металлический шарик коснется внешней стенки сферы (d), то заряд на шарике распределится по всей внешней поверхности сферы. Это происходит из-за того, что металлический шар заземлен, а заряд на нем стремится к равномерному распределению. При этом, заряды тела и внешней стенки сферы создают поле, которое оказывает притяжение на шарик и удерживает его на стенке.

б) Если шарик останется висеть внутри сферы, не касаясь ее стенок (е), то он будет продолжать висеть неподвижно в центре сферы. Это связано с тем, что металлический шарик находится в изоляции от внешнего заземления и под действием заряда его поверхности создается электростатическое поле, равномерно направленное во всех направлениях. В результате, силы отталкивания от диэлектрической подставки сферы равновесны силе тяжести, и шарик остается неподвижным.

Доп. материал:
Задача: Расмотрим ситуацию, когда заряженный шарик, подвешенный на шелковой нити, находится внутри пустотелой сферы, не касаясь ее стенок. Чему будет равно напряженность электростатического поля в точке, где находится шарик?

Совет:
Для лучшего понимания данной темы рекомендуется ознакомиться с понятиями электрического заряда, электростатики, электрического поля и внутреннего поля.

Задача для проверки:
Представьте, что вы - учитель физики, и на доске содержится схема с заряженным шариком, подвешенным внутри пустотелой сферы. Попросите учеников объяснить, каким образом шарик будет вести себя и почему.