Два одинаковых заряженных шарика, подвешенных в одной точке на нитях равной длины, разошлись в воздухе на некоторый угол. Какова должна быть плотность шариков, чтобы при погружении их в машинное масло этот угол не изменился? Диэлектрическая проницаемость машинного масла = 2,5, плотность машинного масла = 900 кг/см3.
Для того чтобы угол не изменился при погружении шариков в машинное масло, необходимо, чтобы отношение силы Кулона к силе Архимеда оставалось постоянным.
Сила Кулона между шариками: F = k * q2q^2q2 / r^2, где k - постоянная Кулона, q - заряд шарика, r - расстояние между шариками.
Сила Архимеда: F_A = V g ro, где V - объем погруженной части шарика, g - ускорение свободного падения, ro - плотность среды машинногомасламашинного масламашинногомасла.
Отношение сил Кулона и Архимеда: F / F_A = k q2q^2q2 / r^2 / V</em>g∗roV </em> g * roV</em>g∗ro = const.
Так как заряд шариков одинаковый и диаметр шариков одинаковый изусловияиз условияизусловия, то объем погруженной части шариков также одинаковый.
ro g = 2/32/32/3roшар∗gro_шар * groшар∗g, где ro_шар - плотность шариков.
Таким образом, отношение сил Кулона и Архимеда: k q2q^2q2 / r^2 / (2/3)</em>(roшар<em>g)</em>ro(2/3) </em> (ro_шар <em> g) </em> ro(2/3)</em>(roшар<em>g)</em>ro = const, k q^2 / r^2 / roшар</em>g<em>roro_шар </em> g <em> roroшар</em>g<em>ro = const, roшар</em>q2ro_шар </em> q^2roшар</em>q2 = const.
Таким образом, плотность шарика ro_шар и величина его заряда q должны быть связаны как const/q^2 = const/ro_шар.
Из условия задачи следует, что ro масла = 900 кг/м^3 = 0.9 кг/см^3, диэлектрическая проницаемость масла ε = 2.5.
Теперь найдем значение плотности шариков, при котором угол не изменится при погружении в машинное масло. ro_шар = q^2 const, q 4/34/34/3 π r^3 ro_шар = 4/3 π r^3 ro, ro_шар = ro / q.
Итак, плотность шаров должна быть 0.9/2.5 = 0.36 кг/см^3.
Для того чтобы угол не изменился при погружении шариков в машинное масло, необходимо, чтобы отношение силы Кулона к силе Архимеда оставалось постоянным.
Сила Кулона между шариками: F = k * q2q^2q2 / r^2,
где k - постоянная Кулона, q - заряд шарика, r - расстояние между шариками.
Сила Архимеда: F_A = V g ro,
где V - объем погруженной части шарика, g - ускорение свободного падения, ro - плотность среды машинногомасламашинного масламашинногомасла.
Отношение сил Кулона и Архимеда:
F / F_A = k q2q^2q2 / r^2 / V</em>g∗roV </em> g * roV</em>g∗ro = const.
Так как заряд шариков одинаковый и диаметр шариков одинаковый изусловияиз условияизусловия, то объем погруженной части шариков также одинаковый.
ro g = 2/32/32/3 roшар∗gro_шар * groш ар∗g,
где ro_шар - плотность шариков.
Таким образом, отношение сил Кулона и Архимеда:
k q2q^2q2 / r^2 / (2/3)</em>(roшар<em>g)</em>ro(2/3) </em> (ro_шар <em> g) </em> ro(2/3)</em>(roш ар<em>g)</em>ro = const,
k q^2 / r^2 / roшар</em>g<em>roro_шар </em> g <em> roroш ар</em>g<em>ro = const,
roшар</em>q2ro_шар </em> q^2roш ар</em>q2 = const.
Таким образом, плотность шарика ro_шар и величина его заряда q должны быть связаны как const/q^2 = const/ro_шар.
Из условия задачи следует, что ro масла = 900 кг/м^3 = 0.9 кг/см^3, диэлектрическая проницаемость масла ε = 2.5.
Теперь найдем значение плотности шариков, при котором угол не изменится при погружении в машинное масло.
ro_шар = q^2 const,
q 4/34/34/3 π r^3 ro_шар = 4/3 π r^3 ro,
ro_шар = ro / q.
Итак, плотность шаров должна быть 0.9/2.5 = 0.36 кг/см^3.