Две тонкие концентрические сферы имеют заряды 40 нKл и 50 нКл,

Две тонкие концентрические сферы имеют заряды 40 нKл и 50 нКл, равнораспределенные по поверхности. Найдите силу, действующую на точечный заряд 10 нКл, находящийся вне этих сфер на расстоянии 9 см от их центра.

Задать свой вопрос
1 ответ
1. Уточним условие задачки:
Заряд первой сферы Q1 = +40 нКл
Заряд второй сферы Q2 = +50 нКл

2. План решения:
1) Выясним структуру поля, творимого сферами.
2) Найдём напряжённость электрического поля, которое творят сферы в точке размещения заряда.
3) Вычислим силу, действующую на пробный заряд q = +10 нКл по формуле F = qE

3. Ход решения
1) Структура поля. Симметрия задачки.
В электростатике существует, так именуемая, аксиома о единственности решения. Эта аксиома утверждает, что если совершенно точно задана объёмная плотность зарядов (в том числе точечные, линейные и поверхностные заряды), а так же потенциалы на проводниках, то задача о нахождении электростатического поля и потенциала имеет единственно решение.
В нашем случае заряды умеренно "размазаны" по поверхности сфер, т.е. можно считать что задана равномерная поверхностная плотность заряда. Если мы зафиксируем центр сфер, а потом начнём как угодно вращать их, то рассредотачивание зарядов не изменится, а значит при случайном повороте системы не поменяется и картина силовых линий электростатического поля (и само поле тоже). Разговаривают, что при повороте системы задачка перебегает сама в себя. 

Если мы найдём конфигурацию силовых линий, удовлетворяющую этому условию, то найдём и единственное решение задачи.
Обычная логика дает подсказку, то силовые полосы электростатического поля ориентированы вдоль радиуса сфер (центрально-симметричное поле). Величина электрического поля зависит только от расстояния до центра сфер. Во всех других случаях задачка и её решение при повороте само в себя не перейдёт.

E  = E(r) * r, здесь r - единичный радиус вектор, направленный от центра сфер к точечному заряду.

2) Величина электростатического поля E(r).
Воспользуемся теоремой Гаусса: 
 \int  \intE \, dS =  \fracQ\epsilon_0 .
Поток вектора напряжённости электростатического поля через всякую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, содержащегося внутри этой поверхности.
В нашем случае комфортно взять сферическую поверхность радиусом r (великим чем радиус заряженных сфер). Учтём, что на этой поверхности E(r) = const. Тогда 
\int\intE\,dS=E(r)\int \int\,dS=E(r)\Omega=4\pi r^2E=\fracQ\epsilon_0
Тут  - площадь избранной нами cферы.
Тогда имеем:
E(r) =  \fracQ_1+Q_24\pi\epsilon_0 r^2=k(Q_1+Q2)\frac1r^2

3) Сила действующая на заряд.
F = qE
Тогда F = qE(r) r
F=k(Q_1+Q2)\fracqr^2
F=9*10^9*(40+50)*10^-9*(10*10^-9)/(0.09*0.09)=10^-3
Ответ приведён в ньютонах.



Боякин Женек
А там где F=k(Q1+Q2)q/r стоит в знаменателе r, разве не r^2?
Жека Велтищев
У меня какого-то х... ответ в ответах 1мН
Vitalka Sjurko
да. описался. r^2 тащится от площади сферы. численный ответ на данный момент пересчитаю. спасибо.
Злата Швейкина
Если r^2 то получится 9 мн, но почему в ответе 1?
Эльвира Дрожак
Нене все спасибо
, оставишь ответ?
Имя:*
E-Mail:


Добро пожаловать!

Для того чтобы стать полноценным пользователем нашего портала, вам необходимо пройти регистрацию.
Зарегистрироваться
Создайте собственную учетную запить!

Пройти регистрацию
Авторизоваться
Уже зарегистрированны? А ну-ка живо авторизуйтесь!

Войти на сайт