Смекни!
smekni.com

Определение устойчивости равновесия Расчет зависимости напряженности электрического поля от (стр. 1 из 3)

302

Два положительных точечных заряда

и
закреплены на расстоянии
друг от друга. Определить, в какой точке на прямой, проходящей через заряды, следует поместить третий заряд так, чтобы он находился в равновесии. Указать, какой знак должен иметь этот заряд для того, чтобы равновесие было устойчивым, если перемещение зарядов возможны только вдоль прямой, проходящей через закрепленные заряды.


Решение:

Определим знак заряда, при котором равновесие будет устойчивым.

Если заряд отрицательный, то при смещении его влево сила

(направленная влево) возрастает, а сила
(направленная вправо) возрастает. Под действием этой силы заряд удаляется от положения равновесия. То же происходит и при смещении заряда вправо. Равновесие будет неустойчивым.

Если заряд

положителен, то при смещении его влево сила
(направленная вправо) возрастает, а сила
(направленная влево) убывает, следовательно, результирующая сила будет направлена вправо и заряд
возвращается к положению равновесия. То же происходит и при смещении заряда вправо. Равновесие будет устойчивым.

Предположим, что заряд

находится в точке
. Тогда условие равновесия заряда
запишется так:

Подставив в уравнение вместо сил их значения по закону Кулона, и произведя сокращения, получим:

Решая относительно

, получаем:

Так как

–эта точка расположена вне отрезка
, что невозможно для равновесия заряда
.

Произведем вычисления:

Ответ:

положительный.

322

На двух концентрических сферах радиусом

и
равномерно распределены заряды с поверхностными плотностями
и
соответственно. Используя теорему Гаусса, найти зависимость
напряженности электрического поля от расстояния для трех областей:
и
. Принять
,
. 2) вычислить напряженность
в точке, удаленной от центра на расстояние
и указать направление вектора
для значений
,
. 3) построить график
.


Решение:

1) Для определения напряженности

в области
проведем гауссову поверхность радиусом
.

По теореме Остроградского –Гаусса имеем:

Для области

:
-заряда внутри сферы нет

Напряженность поля в области

равна нулю.

Для области

проведем гауссову поверхность радиуса
:

Площадь гауссовой поверхности:

Площадь поверхности шара:

Для области

проведем гауссову поверхность радиуса
. Гауссова поверхность охватывает обе сферы:

2) Найдем напряженность для точки, удаленной от центра на расстояние

:


3) Строим график

:

3) Строим график Е(r):

332

Электрическое поле создано зарядами

и
, находящимися в точках
и
соответственно (
). Точка
находится на прямой
(
). Точка
находится на продолжении отрезка
(
). Определить работу сил поля, совершаемую при перемещении заряда
из точки
в точку
.


Решение:

Для определения работы А12 сил поля воспользуемся соотношением: