Три заряженных шарика на спице
Три маленьких заряженных шарика с зарядами \(q\), \(q\) и \(2q\) с одинаковыми массами \(m\) последовательно нанизали на горизонтальную спицу из непроводящего материала и расположили с одинаковыми расстояниями между соседними шариками. В начальный момент первому шарику (с зарядом \(q\)) придают такое переменное ускорение, что если остальные шарики отпустить, то они будут двигаться так, что расстояния между соседними шариками будут оставаться одинаковыми. Определите ускорение первого шарика и его направление в момент времени, когда расстояния между соседними шариками равно \(l\). Спица неподвижна. Трение отсутствует.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаРавенство расстояний в любой момент означает связь ускорений: ускорение среднего шарика есть среднее ускорений крайних. Ускорения второго и третьего находятся из закона Кулона.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветНачальная скорость нулевая, \(a_1=4{,}5\,\dfrac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 l^2 m}\), направлено в сторону, противоположную второму шарику.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть ускорения шариков равны \(a_1\), \(a_2\), \(a_3\). Условие сохранения равных расстояний между соседними шариками даёт \(a_2=(a_1+a_3)/2\).
Второй закон Ньютона для второго шарика: \[ma_2=\frac{kq^2}{l^2}-\frac{k\,2q^2}{l^2},\qquad k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}.\]
Второй закон Ньютона для третьего шарика: \[ma_3=\frac{2kq^2}{4l^2}+\frac{k\,2q^2}{l^2}.\]
Ответ: с нулевой начальной скоростью и ускорением \(a_1=4{,}5\,\dfrac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 l^2 m}\) в направлении, противоположном направлению на второй шарик.
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Разделить воду на заряды Савченко, №6.1.5
- Убрать 1 % электронов железа Савченко, №6.1.6
- Три заряда на нитях Савченко, №6.1.7
- Орбита электрона Савченко, №6.1.12
- Период колебаний бусинки (С4) ЕГЭ 2010, 11 кл.
- Период колебаний бусинки (С4) ЕГЭ 2010, 11 кл.