На нити подвешен незаряженный металлический шарик. К нему снизу поднесли положительно заряженную палочку. Изменится ли (и если да, то как) сила натяжения нити?
На нити подвешен незаряженный металлический шарик. К нему снизу поднесли положительно заряженную палочку. Изменится ли (и если да, то как) сила натяжения нити?
Когда к незаряженному металлическому шарику поднесли положительно заряженную палочку, происходит перераспределение зарядов в шарике. Металлы обладают свободными электронами, которые могут легко перемещаться внутри материала. В присутствии внешнего электрического поля (которое создается заряженной палочкой), свободные электроны в шарике начинают двигаться.
В данном случае, положительно заряженная палочка притягивает свободные электроны в шарике к своей поверхности, которая ближе к палочке. Это приводит к образованию на этой поверхности отрицательного заряда. В результате, на противоположной стороне шарика остается положительный заряд, так как электроны переместились к палочке.
Теперь рассмотрим силы, действующие на шарик. До поднесения палочки на шарик действовали сила тяжести ( F_g ) и сила натяжения нити ( T ), которые уравновешивались:
[ T = F_g ]
После поднесения заряженной палочки появляется дополнительная электрическая сила. Эта сила ( F_e ) будет направлена вверх, поскольку отрицательный заряд на шарике притягивается к положительному заряду палочки. Учитывая, что сила электрического притяжения добавляется к уже существующим силам, уравнение для равновесия изменяется:
[ T + F_e = F_g ]
Из этого уравнения видно, что сила натяжения ( T ) должна уменьшиться, чтобы компенсировать дополнительную вверх направленную электрическую силу ( F_e ). Таким образом, сила натяжения нити действительно изменится — она уменьшится по сравнению с исходным состоянием.
Итак, сила натяжения нити уменьшится из-за действия электрической силы притяжения между заряженной палочкой и индуцированным зарядом на шарике.
При поднесении положительно заряженной палочки к незаряженному металлическому шарику, произойдет явление поляризации. Это означает, что в металлическом шарике произойдет перемещение электронов внутри него под воздействием электрического поля, создаваемого положительно заряженной палочкой.
Из-за этого перемещения электронов в металлическом шарике возникнет временная индуцированная зарядка, противоположная по знаку заряду палочки. Таким образом, шарик станет временно заряженным отрицательно.
Это изменение заряда шарика повлияет на силу натяжения нити. С учетом того, что между заряженной палочкой и заряженным шариком возникнет притяжение (из-за разноименных зарядов), сила натяжения нити увеличится.
Таким образом, при поднесении положительно заряженной палочки к незаряженному металлическому шарику, сила натяжения нити изменится и увеличится из-за индуцированной зарядки шарика.
