Отрыв пластинки от шарика
10-2. Пластилиновый шарик радиусом \(R\) равномерно в один слой покрыт соприкасающимися маленькими металлическими пластинками. Поверхности шарика сообщают электрический заряд \(Q\). При этом одна из пластинок отрывается от шарика. Найдите ее ускорение в момент отрыва. Масса пластинки \(m\), ее площадь \(S\), диэлектрическая проницаемость пластилина \(\varepsilon\).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПоле у поверхности шара создают все заряды вместе; на саму пластинку действует поле без её собственного вклада, то есть половина поля у поверхности.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(a=\dfrac{Q^2S}{32\pi^2\varepsilon_0 mR^4}\); диэлектрическая проницаемость пластилина в ответ не входит.
▶РешениеСкрыть: решение
Решение10-2. Оторвавшаяся пластинка находится в электрическом поле напряженности
\[E = \frac{E_{0}}{2} = \frac{Q}{8 \pi \varepsilon_{0} R^{2}},\]
где \(Q, R\) — заряд и радиус шарика, \(E_{0}\) — поле целого шарика (мы учли поле самой пластинки). Следовательно, ускорение оторвавшейся пластинки будет направлено по радиусу от центра шара и равно
\[a = \frac{F}{m} = \frac{Q' E}{m} = \frac{Q^{2} S}{32 \pi^{2} \varepsilon_{0} m R^{4}},\]
где учтено, что заряд пластинки \(Q' = \frac{S}{4 \pi R^{2}} Q\).
Диэлектрическая проницаемость пластилина в ответ не входит.
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Три заряженные пластины «Надежда энергетики» 2015/16, отборочный этап, 11 кл.
- Четыре пластины и два источника Росатом 2019/20, отборочный этап, 11 кл.
- Заряды поверхностей пластин Росатом 2020/21, заключительный этап, 11 кл.
- Заряженная пластинка во внешнем поле Росатом 2022/23, отборочный этап, 11 кл.
- Толстая пластина и тонкая Росатом 2023/24, отборочный этап, 11 кл.
- Напряжённость поля равномерно заряженных отрезков Трушников, №23