Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Задание № 2545
i

Ма­лень­кий шарик мас­сой m  =  15 г, име­ю­щий заряд q  =  2,0 мкКл, под­ве­шен на не­про­во­дя­щей не­ве­со­мой не­рас­тя­жи­мой нити дли­ной I и помещён в од­но­род­ное вер­ти­каль­ное элек­тро­ста­ти­че­ское поле, мо­дуль на­пряжённо­сти ко­то­ро­го E  =  127 кВ⁠/м (см. рис.). Нить с ша­ри­ком от­ве­ли на угол α  =  30° от вер­ти­ка­ли и от­пу­сти­ли без на­чаль­ной ско­ро­сти. Если мо­дуль мак­си­маль­ной ско­ро­сти ша­ри­ка в про­цес­се дви­же­ния υmax  =  1,55, то длина l нити равна ... см.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Оче­вид­но, что мак­си­маль­ная ско­рость ша­ри­ка будет в точке рав­но­ве­сия. При­мем за ну­ле­вой уро­вень вы­со­ты по­ло­же­ние рав­но­ве­сия. В пер­вом по­ло­же­нии шарик об­ла­дал по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей гра­ви­та­ци­он­но­го вза­и­мо­дей­ствия E_п=mgh и по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей элек­три­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия W_п=Eqh, где из тре­уголь­ни­ка h=l левая круг­лая скоб­ка 1 минус ко­си­нус альфа пра­вая круг­лая скоб­ка . Тогда в точке рав­но­ве­сия шарик об­ла­дал толь­ко ки­не­ти­че­ской энер­ги­ей E_к= дробь: чис­ли­тель: m v в квад­ра­те _max, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

За­пи­шем закон со­хра­не­ния энер­гии:

l левая круг­лая скоб­ка 1 минус ко­си­нус альфа пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка Eq плюс mg пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: m v в квад­ра­те _max, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ,

от­ку­да най­дем длину нити:

l= дробь: чис­ли­тель: m v в квад­ра­те _max, зна­ме­на­тель: 2 левая круг­лая скоб­ка 1 минус ко­си­нус альфа пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка Eq плюс mg пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 0,015 умно­жить на 1,55 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 1 минус ко­си­нус 30 гра­ду­сов пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 127 умно­жить на 10 в кубе умно­жить на 2 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 0,015 умно­жить на 10 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби \approx 0,33м=33см.

Ответ: 33.