Тело массой 10 кг,имеющее заряд 5 мккл подвешено на нити.тело отклоняют на 90 градусов и отпускают.чему равна сила натяжения нити в тот момент,когда нить составляет угол 30 градусов ч вертикалью? Тело находится в однородном электрическом поле с напряженностью E = 2 кВ/м, направленном вертикально вниз.

Вопрос школьника по предмету Физика

Тело массой 10 кг,имеющее заряд 5 мккл подвешено на нити.тело отклоняют на 90 градусов и отпускают.чему равна сила натяжения нити в тот момент,когда нить составляет угол 30 градусов ч вертикалью? Тело находится в однородном электрическом поле с напряженностью E = 2 кВ/м, направленном вертикально вниз.

Ответ учителя по предмету Физика

так как вектор напряженности электрического поля направлен вертикально вниз, то условно мы можем считать, что сверху расположена положительно заряженная обкладка, а снизу — отрицательно

так как тело заряжено положительно, то оно будет притягиваться к отрицательно заряженной обкладке, т.е. сила F = q E со стороны электрического поля, действующая на тело, направлена вертикально вниз

электрическое поле способствует движению тела. с учетом этого запишем закон сохранения энергии:

mgL + q E S cosβ = (m v²)/2 + mgh,

где S — это модуль вектора перемещения тела (отрезок, соединяющий начальное и конечное положения), cosβ — угол между векторами силы и перемещения

из чертежа нетрудно получить, что

S = L

β = (π/2) — α

h = L (1 — cosα)

таким образом, ЗСЭ примет вид:

2 gL + 2 qE L sinα = v² + 2 gL (1 — cosα)

v² = 2 gL cosα + 2 qE L sinα 

так как мы предполагаем, что нить не растяжима, то тело движется по окружности, поэтому оно в нужный нам момент обладает центростремительным ускорением a = v²/L, направленным вдоль нити. запишем уравнение динамики:

T — (mg + qE) cosα = m (v²/L)

T = mg cosα + qE cosα + 2 mg cosα + 2 mqE  sinα 

T = 3 mg cosα + q E cosα (1 + 2m tgα)

T = 300*0.866+5*10^(-6)*2*10^(3)*0.866*(1+20*0.577) ≈ 260 H