Две одинаковы металлических шарика, которые имеют заряды 5 нКл и -1 нКл, привели в соприкосновение, а потом вернули в исходные положения. Определите, во сколько раз изменился модуль силы кулоновского взаимодействия шариков.
Сила кулоновского взаимодействия между шариками определяется по формуле:
F=kq1q2r2,F = k \frac{q_1 q_2}{r^2},F=kr2q1q2,
где kkk - постоянная кулоновского взаимодействия (8.99<em>109Н</em>м2Кл2)(8.99 <em> 10^9 \frac{Н</em>м^2}{Кл^2})(8.99<em>109Кл2Н</em>м2), q1q_1q1 и q2q_2q2 - заряды шариков (5<em>10−9Кл)и(−1</em>10−9Кл)(5 <em> 10^{-9} Кл) и (-1 </em> 10^{-9} Кл)(5<em>10−9Кл)и(−1</em>10−9Кл), rrr - расстояние между шариками.
В начальном состоянии, когда шарики располагаются на расстоянии rrr, модуль силы равен
F1=k5<em>10−9</em>−1∗10−9r2.F_1 = k \frac{5 <em> 10^{-9} </em> -1 * 10^{-9}}{r^2}.F1=kr25<em>10−9</em>−1∗10−9.
После их соприкосновения, шарики приобретут равные по модулю заряды Q=5<em>10−9+−1</em>10−92=2∗10−9КлQ = \frac{5 <em> 10^{-9} + -1 </em> 10^{-9}}{2} = 2 * 10^{-9} КлQ=25<em>10−9+−1</em>10−9=2∗10−9Кл. Поэтому после возвращения шариков в исходные положения, модуль силы кулоновского взаимодействия будет равен
F2=k2<em>10−9</em>2∗10−9r2.F_2 = k \frac{2 <em> 10^{-9} </em> 2 * 10^{-9}}{r^2}.F2=kr22<em>10−9</em>2∗10−9.
Сила кулоновского взаимодействия между шариками определяется по формуле:
F=kq1q2r2,F = k \frac{q_1 q_2}{r^2},F=kr2q1 q2 ,
где
kkk - постоянная кулоновского взаимодействия (8.99<em>109Н</em>м2Кл2)(8.99 <em> 10^9 \frac{Н</em>м^2}{Кл^2})(8.99<em>109Кл2Н</em>м2 ),
q1q_1q1 и q2q_2q2 - заряды шариков (5<em>10−9Кл)и(−1</em>10−9Кл)(5 <em> 10^{-9} Кл) и (-1 </em> 10^{-9} Кл)(5<em>10−9Кл)и(−1</em>10−9Кл),
rrr - расстояние между шариками.
В начальном состоянии, когда шарики располагаются на расстоянии rrr, модуль силы равен
F1=k5<em>10−9</em>−1∗10−9r2.F_1 = k \frac{5 <em> 10^{-9} </em> -1 * 10^{-9}}{r^2}.F1 =kr25<em>10−9</em>−1∗10−9 .
После их соприкосновения, шарики приобретут равные по модулю заряды Q=5<em>10−9+−1</em>10−92=2∗10−9КлQ = \frac{5 <em> 10^{-9} + -1 </em> 10^{-9}}{2} = 2 * 10^{-9} КлQ=25<em>10−9+−1</em>10−9 =2∗10−9Кл. Поэтому после возвращения шариков в исходные положения, модуль силы кулоновского взаимодействия будет равен
F2=k2<em>10−9</em>2∗10−9r2.F_2 = k \frac{2 <em> 10^{-9} </em> 2 * 10^{-9}}{r^2}.F2 =kr22<em>10−9</em>2∗10−9 .
Разделив F2F_2F2 на F1F_1F1 , получаем
F2F1=k2<em>10−9</em>2<em>10−9r2k5</em>10−9<em>−1</em>10−9r2=4−5=−45.\frac{F_2}{F_1} = \frac{k \frac{2 <em> 10^{-9} </em> 2 <em> 10^{-9}}{r^2}}{k \frac{5 </em> 10^{-9} <em> -1 </em> 10^{-9}}{r^2}} = \frac{4}{-5} = -\frac{4}{5}.F1 F2 =kr25</em>10−9<em>−1</em>10−9 kr22<em>10−9</em>2<em>10−9 =−54 =−54 .
Итак, модуль силы кулоновского взаимодействия шариков изменился в -0.8 раза.