С какой наименьшей силой (в Н) необходимо удерживать заряд, равный -200 мкКл, на отрицательной пластине, чтобы

Тема урока: Закон Кулона в электростатике

Пояснение:
Для решения данной задачи, мы будем использовать Закон Кулона в электростатике, который гласит, что сила взаимодействия между двумя заряженными объектами пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Математически это можно выразить следующей формулой:


Где F - сила взаимодействия, q1 и q2 - заряды двух тел, r - расстояние между ними, k - электростатическая постоянная.

В данной задаче у нас есть заряд q2 = -200 мкКл и напряжение U = 50 В, а также известно, что заряд остается неподвижным, значит, сила F должна быть равна нулю.

Следуя формуле, мы можем записать:

F = (k * |q1 * q2|) / r^2

Так как F = 0, у нас получается уравнение:

0 = (k * |q1 * (-200 * 10^-6)|) / r^2

Так как нам нужно найти наименьшую силу, необходимую для удержания заряда на месте, мы предположим, что q1 = q2 = -200 мкКл.

Подставляя данные в уравнение, получаем:

0 = (k * |-200 * 10^-6 * -200 * 10^-6|) / r^2

Упрощаем выражение:

0 = (k * 4 * 10^-8) / r^2

Так как k - электростатическая постоянная и r - расстояние между пластинами, они являются постоянными величинами. Таким образом, чтобы сила была равна нулю, необходимо, чтобы q1 = -200 мкКл.

Мы можем найти минимальную силу F, домножив обе части уравнения на r^2:

0 = (k * 4 * 10^-8) / r^2 * r^2

0 = k * 4 * 10^-8

Мы знаем, что k = 8.99 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2.

Подставляя значение k в уравнение, получаем:

0 = 8.99 * 10^9 * 4 * 10^-8

0 = 3.596 * 10^2

Таким образом, чтобы сила оставалась неподвижной, необходимо удерживать заряд с силой в -359.6 Н.

Совет:
Чтобы лучше понять эту задачу, полезно изучить понятия закона Кулона, электростатической постоянной и взаимодействия зарядов. Также помните, что сила электрического поля между двумя пластинами направлена от пластины с положительным зарядом к пластине с отрицательным зарядом. Поэтому, чтобы удержать отрицательный заряд на отрицательной пластине, нужно применить силу, направленную в противоположную сторону.

Дополнительное задание:
Какова сила взаимодействия между двумя зарядами q1 = 5 мкКл и q2 = -10 мкКл, если расстояние между ними равно 2 метра? Ответ дайте с учётом направления силы и обязательно пошагово объясните расчёт.