На какой высоте над землей находится шарик массой 20 г, который подвешен на 10 см шелковой нити? Шарик имеет

Чтобы решить данную задачу, мы можем использовать законы электростатики и закон всемирного тяготения.

Вначале рассмотрим воздействие силы тяжести на шарик массой 20 г. Запишем формулу для расчета силы тяжести:

\[F = m \cdot g\]

где \(F\) - сила тяжести, \(m\) - масса шарика, \(g\) - ускорение свободного падения. Значение ускорения свободного падения примем равным \(9,8 \, \text{м/c}^2\).

Подставим известные значения:

\[F = 0,02 \, \text{кг} \times 9,8 \, \text{м/c}^2 = 0,196 \, \text{Н}\]

Теперь рассмотрим воздействие силы электростатического отталкивания на шарик. Для этого мы можем использовать закон Кулона, который гласит:

\[F_{\text{эл}} = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}\]

где \(F_{\text{эл}}\) - сила электростатического отталкивания, \(k\) - постоянная Кулона (\(k = 9 \times 10^9 \, \text{Н}\cdot\text{м}^2/\text{Кл}^2\)), \(q_1\) и \(q_2\) - заряды тел, \(r\) - расстояние между зарядами.

В нашем случае \(q_1\) - заряд шарика, который равен \(10^{-5} \, \text{Кл}\), \(q_2\) - заряд земли, который примем равным \(0 \, \text{Кл}\) (земля имеет нейтральный заряд), \(r\) - длина нити, на которой подвешен шарик.

Итак, формула для расчета силы электростатического отталкивания будет иметь вид:

\[F_{\text{эл}} = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}\]

\[F_{\text{эл}} = 9 \times 10^9 \, \text{Н}\cdot\text{м}^2/\text{Кл}^2 \times \frac{(10^{-5} \, \text{Кл}) \cdot (0 \, \text{Кл})}{(0,1 \, \text{м})^2}\]

Так как \(q_2\) равен нулю, сила электростатического отталкивания равна нулю.

Теперь рассмотрим равновесие сил. Если шарик находится на высоте \(h\) над землей, то равновесие сил можно записать следующим образом:

\[F_{\text{эл}} = F_{\text{тяж}}\]

\[0 = 0,196 \, \text{Н}\]

Из уравнения видно, что при любой высоте над землей, сила электростатического отталкивания будет равна нулю. Следовательно, шарик будет оставаться на месте над землей, и его высота над землей не имеет значения.

Таким образом, шарик будет находиться на высоте над землей, равной длине нити, то есть \(10 \, \text{см}\).