Τετάρτη 30 Δεκεμβρίου 2009

askisis dynamis coulomb

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 1

Δίνεται φορτίο Q=-16μC. Να υπολογίσετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων Ν που αποτελούν αυτό το φορτίο.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Αρνητικό φορτίο σημαίνει πλεόνασμα ηλεκτρονίων.

Για να βρω τον αριθμό των ηλεκτρονίων Ν, αρκεί να διαιρέσω το συνολικό φορτίο Q, με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου e-=-1,6.10-19C δηλαδή:

clip_image002

clip_image004

clip_image006

clip_image008

clip_image010 ηλεκτρόνια.

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 2

Δίνεται φορτίο Q=16μC. Να υπολογίσετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων Ν που λείπουν από αυτό το φορτίο.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Θετικό φορτίο σημαίνει έλλειμμα ηλεκτρονίων.

Για να βρω τον αριθμό των ηλεκτρονίων Ν που λείπουν , αρκεί να διαιρέσω το συνολικό φορτίο Q, με το θετικό φορτίο ενός ηλεκτρονίου e=1,6.10-19C δηλαδή:

clip_image012

clip_image014

clip_image006[1]

clip_image008[1]

clip_image010[1] ηλεκτρόνια

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 3

Δύο ακίνητα σημειακά φορτία Q1 = 10 μC και Q2 = 40 μC απέχουν

μεταξύ τους r = 3 m. Να βρείτε:

α. το μέτρο της δύναμης που ασκεί το φορτίο Q1 στο Q2 και να την σχεδιάσετε.

β. το μέτρο της δύναμης που ασκεί το φορτίο Q2 στο Q1 και να την σχεδιάσετε.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α. Στο σχήμα που ακολουθεί έχει σχεδιαστεί η δύναμη που ασκεί το φορτίο Q1 στο Q2 :

clip_image016

Το μέτρο της δύναμης F που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων Q1 και Q2 τα

οποία βρίσκονται σε απόσταση r ισούται:

clip_image018

clip_image020

clip_image022

clip_image024

clip_image026

β. το μέτρο της δύναμης που ασκεί το φορτίο Q2 στο Q1 είναι το ίδιο

clip_image026[1]

Στο σχήμα που ακολουθεί έχει σχεδιαστεί η δύναμη που ασκεί το φορτίο

Q2 στο Q1

clip_image028

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 4

Δύο μικρές ακίνητες φορτισμένες σφαίρες απωθούνται μεταξύ τους με δύναμη μέτρου F = 12 N. Να υπολογίσετε το μέτρο της απωστικής δύναμης μεταξύ τους, αν

α. διπλασιάσουμε το φορτίο κάθε σφαίρας.

β. διπλασιάσουμε το φορτίο της μιας σφαίρας διπλασιάζοντας ταυτόχρονα τη μεταξύ τους απόσταση.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

clip_image030

Το μέτρο της δύναμης F που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων Q1 και Q2 τα

οποία βρίσκονται σε απόσταση r ισούται:

clip_image032 (1)

α. Αν διπλασιάσουμε το φορτίο κάθε σφαίρας.

clip_image034

Το μέτρο της δύναμης F΄ που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων 2Q1 και 2Q2

τα οποία βρίσκονται σε απόσταση r ισούται:

clip_image036

clip_image038

clip_image040

clip_image042

clip_image044

clip_image046

(β)

Αν διπλασιάσουμε το φορτίο της μιας σφαίρας διπλασιάζοντας

ταυτόχρονα τη μεταξύ τους απόσταση.

clip_image048

Το μέτρο της δύναμης F΄΄ που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων 2Q1 και Q2

τα οποία βρίσκονται σε απόσταση 2r ισούται:

clip_image050

clip_image052

clip_image054

clip_image056

clip_image058

clip_image060

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 5

Δύο μικρές σφαίρες φορτίζονται με ίσα και ετερώνυμα φορτία και

τοποθετούνται σε απόσταση r = 1,6 m μεταξύ τους. Οι σφαίρες

αλληλεπιδρούν με δύναμη μέτρου F = 3,6 N. Να βρείτε το φορτίο κάθε

σφαίρας.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Το μέτρο της δύναμης F που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων Q1 και Q2 τα

οποία βρίσκονται σε απόσταση r ισούται:

clip_image062

clip_image064

clip_image066

clip_image068

clip_image070

clip_image072

clip_image074

clip_image076

clip_image078

clip_image080

clip_image082

clip_image084

Άρα το φορτίο κάθε σφαίρας είναι Q1 = 32 μC, Q2 = - 32 μC,

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 6

Δύο ακίνητα σημειακά φορτία Q1 = 10 μC και Q2 = 40 μC απέχουν

μεταξύ τους r = 6 m.Στο μέσο των δύο φορτίων τοποθετούμε φορτίο q=1

μC Να βρείτε: το μέτρο της δύναμης που ασκείται στο φορτίο q, από το

Q1 και το Q2 και να την σχεδιάσετε.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο φορτίο q θα ασκούνται δύο δυνάμεις

clip_image085clip_image088

Το μέτρο της δύναμης F1 που ασκεί το Q1 στο q ισούται:

clip_image090

clip_image092

clip_image094

clip_image096

clip_image099

clip_image097clip_image102

Το μέτρο της δύναμης F2 που ασκεί το Q2 στο q ισούται:

clip_image104

clip_image106

clip_image108

clip_image110

clip_image112

Άρα το μέτρο της συνισταμένης δύναμης που ασκείται στο φορτίο q, από το Q1 και το Q2 θα είναι:

clip_image114

clip_image116

clip_image118

clip_image119clip_image121

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 7

clip_image123

Τρία ακίνητα σημειακά φορτία Q1 = 1 μC, Q2 = 3 μC και Q3 = - 4 μC συγκρατούνται στις θέσεις που φαίνονται στο σχήμα. Δεδομένου ότι r = 3 m, να βρείτε

α. το μέτρο της δύναμης που ασκεί καθένα από τα φορτία Q2 και Q3 στο φορτίο Q1.

β. τη συνολική δύναμη που δέχεται το φορτίο Q1.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α.

Στο φορτίο Q1 θα ασκούνται δύο δυνάμεις

 

clip_image125clip_image127

Το μέτρο της δύναμης F2 που ασκεί το Q2 στο Q1 ισούται:

clip_image129

clip_image131

clip_image133

clip_image135

clip_image137

clip_image140

 

clip_image139

 

Το μέτρο της δύναμης F3 που ασκεί το Q3 στο Q1 ισούται:

clip_image143

clip_image145

clip_image147

clip_image149

clip_image151

β.

Στο σχήμα που ακολουθεί έχει σχεδιαστεί και η συνισταμένη δύναμη

που ασκείται στο Q1 :

clip_image153

το μέτρο της συνισταμένης δύναμης που ασκείται στο Q1 , από το Q3 και το Q2 θα είναι:

clip_image155

clip_image157

clip_image159

clip_image161

clip_image163

Η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένης δύναμης F με την F2 θα είναι:

clip_image165

clip_image167

clip_image169

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 8

Δύο ακίνητα σημειακά φορτία Q1 = 2 C και Q2 = +8 C απέχουν

μεταξύ τους r = 12cm. Να βρείτε:

σε ποιο σημείο της ευθείας (ε) πρέπει να τοποθετηθεί σημειακό φορτίο q ώστε η συνισταμένη δύναμη που ασκείται σ’ αυτό να είναι ίση με μηδέν.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο φορτίο q θα ασκούνται δύο δυνάμεις F1 και F2

clip_image172clip_image170

Το μέτρο της δύναμης F1 που ασκεί το Q1 στο q ισούται:

clip_image174 (1)

Το μέτρο της δύναμης F2 που ασκεί το Q2 στο q ισούται:

clip_image176 (2)

το μέτρο της συνισταμένης δύναμης που ασκείται στο φορτίο q, από το Q1 και το Q2 θα είναι μηδέν ,άρα :

clip_image178

clip_image180

clip_image182

clip_image184

clip_image186

clip_image188

clip_image190

clip_image192

clip_image194

clip_image196

clip_image198

1) clip_image200

clip_image202

clip_image204

clip_image206

clip_image208 σε απόσταση 4 cm δεξιά του Q1 δεκτή

2)clip_image210

clip_image212

clip_image214 σε απόσταση -12 cm αριστερά του Q1 απορρίπτεται

 

clip_image218

clip_image215

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 9

Δύο ακίνητα σημειακά φορτία Q1 = 2 C και Q2 = -8 C απέχουν

μεταξύ τους r = 12cm. Να βρείτε: σε ποιο σημείο της ευθείας (ε) πρέπει να τοποθετηθεί σημειακό φορτίο q ώστε η συνισταμένη δύναμη που ασκείται σ’ αυτό να είναι ίση με μηδέν.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο φορτίο q θα ασκούνται δύο δυνάμεις F1 και F2

clip_image219

clip_image221

Το μέτρο της δύναμης F1 που ασκεί το Q1 στο q ισούται:

clip_image174[1] (1)

Το μέτρο της δύναμης F2 που ασκεί το Q2 στο q ισούται:

clip_image223 (2)

το μέτρο της συνισταμένης δύναμης που ασκείται στο φορτίο q, από το Q1 και το Q2 θα είναι μηδέν ,άρα :

clip_image178[1]

clip_image180[1]

clip_image182[1]

clip_image225

clip_image227

clip_image229

clip_image231

clip_image192[1]

clip_image233

clip_image235

clip_image237

1) clip_image239

clip_image241

clip_image243 σε απόσταση 12 cm αριστερά του Q1 δεκτή

2)clip_image245

clip_image247

clip_image249 σε απόσταση -4 cm δεξιά του Q1 απορρίπτεται

clip_image252

clip_image250

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 10clip_image254

Τα σημεία Α, Β, Γ είναι κορυφές ισόπλευρου τριγώνου πλευράς α = 3 m. Στην κορυφή Α τοποθετούμε ακλόνητο σημειακό φορτίο QA = 1 μC. Στην κορυφή Β τοποθετούμε ακλόνητο σημειακό φορτίο QΒ = 3 μC.

Στην κορυφή Γ τοποθετούμε ακλόνητο σημειακό φορτίο QΓ = 1 μC.

Να υπολογίσετε την συνολική δύναμη που δέχεται το φορτίο QB από τα άλλα δύο.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Το μέτρο της δύναμης FΑ που ασκεί το QΑ στο QΒ ισούται:

clip_image256

clip_image258

clip_image260

clip_image262

clip_image264

Το μέτρο της δύναμης FΓ που ασκεί το QΓ στο QΒ ισούται:

clip_image266

clip_image268

clip_image270

clip_image272

clip_image274

clip_image276

Οι δυο δυνάμεις FΑ και FΓ έχουν σχεδιαστεί με κόκκινο χρώμα.

Για να υπολογίσω την συνισταμένη δύναμη F που δέχεται το QΒ ακολουθώ

την εξής διαδικασία:

Αναλύω την FΓ σε δύο κάθετες συνιστώσες FΓx και FΓy :

clip_image278

clip_image280

Στην διεύθυνση ΑΒ η συνισταμένη δύναμηFx που δέχεται το QΒ έχει μέτρο:

clip_image282

Για να βρω το μέτρο της συνισταμένης δύναμης F που δέχεται το QΒ

προσθέτω διανυσματικά την Fx και την FΓy :

clip_image284

clip_image286

Για να βρω την διεύθυνση της συνισταμένης δύναμης F θα υπολογίσω την

γωνία θ που σχηματίζει η F με την ευθεία ΑΒ:

clip_image288

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 11

Τα σημεία Α, Β, Γ είναι κορυφές ισόπλευρου τριγώνου πλευράς α = 3 m. Στην κορυφή Α τοποθετούμε ακλόνητο σημειακό φορτίο QA = 1 μC. Στην κορυφή Β τοποθετούμε ακλόνητο σημειακό φορτίο QΒ = -1 μC.

Στην κορυφή Γ τοποθετούμε ακλόνητο σημειακό φορτίο QΓ = -1 μC.

Να υπολογίσετε την συνολική δύναμη που δέχεται το φορτίο QΓ από τα άλλα δύο.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

clip_image254[1]

Το μέτρο της δύναμης FΑ που ασκεί το QΑ στο QΓ ισούται:

clip_image291

clip_image293

clip_image295

clip_image297

clip_image299

Το μέτρο της δύναμης FΒ που ασκεί το QΒ στο QΓ ισούται:

clip_image301

clip_image303

clip_image305

clip_image307

clip_image309

clip_image311

Οι δυο δυνάμεις FΑ και FΓ έχουν σχεδιαστεί με κόκκινο χρώμα.

Για να υπολογίσω την συνισταμένη δύναμη F που δέχεται το QΓ ακολουθώ

την εξής διαδικασία:

βρίσκω το μέτρο της συνισταμένης δύναμης F που δέχεται το QΒ

προσθέτοντας διανυσματικά την FΑ και την FΒ :

clip_image313

clip_image315

clip_image317

Για να βρω την διεύθυνση της συνισταμένης δύναμης F θα υπολογίσω την

γωνία θ που σχηματίζει η F με την FΑ :

Επειδή FΑ= FΒ από την συμμετρία του σχήματος η γωνία θ=30°

ΠΡΟΒΛΗΜΑ 12

Δύο όμοια μεταλλικά σφαιρίδια, ίδιου φορτίουQ και ίδιας μάζας m=1 gr ,

κρέμονται από το ίδιο σημείο, με λεπτό μονωτικό νήμα ίσου μήκους l=1m,

Οι σφαίρες ισορροπούν όταν τα νήματα σχηματίζουν γωνία φ=90°. Να

βρείτε το φορτίο Q.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

clip_image319clip_image321

Αφού η γωνία φ=90° το τρίγωνο ΟΑΒ είναι ορθογώνιο με υποτείνουσα την

r άρα θα ισχύει το πυθαγόρειο θεώρημα:

clip_image323

clip_image325 (1)

Σε κάθε σφαίρα ασκούνται οι εξής δυνάμεις:

Το βάρος Β=mg. (2)

Η τάση του νήματος Τ.

Η απωστική ηλεκτρική δύναμη Coulomb clip_image327(3)

clip_image329

Αναλύω την Τ σε δύο κάθετες συνιστώσες Τx και Τy :

clip_image331 (4)

clip_image333 (5)

Επειδή τα σφαιρίδια θα ισορροπούν, για κάθε σφαιρίδιο θα ισχύει:

clip_image335

clip_image337

clip_image339

clip_image341 (6)

clip_image343

clip_image345

clip_image347

clip_image349 (7)

Διαιρώ κατά μέλη τις (6) και(7):

clip_image351

clip_image353

clip_image355

clip_image357

clip_image359

clip_image361

clip_image363

clip_image365

clip_image367