На основании наклонной плоскости находится небольшое заряженное тело. Тело имеет массу т и заряд q 2 под углом а = 30°. На высоте H = 30 см над горизонтом, на наклонной плоскости закреплен отрицательный заряд q 1 = -6 мкКл. Предполагается, что взаимодействие между зарядами происходит в вакууме. Когда тело оказалось на расстоянии L = 20 см от заряда 2, его кинетическая энергия составила W = 260 мДж. Масса тела равна m. Ответ округлите до сотых.
Sovenok
Для решения этой задачи используем законы сохранения энергии и закон Кулона.
1. Для начала, найдем работу силы электростатического взаимодействия между зарядами \( q_1 \) и \( q_2 \).
Для этого воспользуемся формулой для работы \( A \):
\[ A = \frac{{q_1 \cdot q_2}}{{4\pi\epsilon_0 \cdot L}} \]
где \( \epsilon_0 \) - электростатическая постоянная (\(8.85 \times 10^{-12} \, \text{Ф/м}\)).
Подставим значения зарядов \( q_1 \), \( q_2 \) и расстояния \( L \) в формулу:
\[ A = \frac{{-6 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} \]
2. Далее, используем закон сохранения энергии:
\[ E_{\text{пот}} + E_{\text{кин}} = E_{\text{пот}}" + E_{\text{кин}}" + A \]
где \( E_{\text{пот}} \) - потенциальная энергия тела до и после взаимодействия, \( E_{\text{кин}} \) - кинетическая энергия тела до и после взаимодействия, \( E_{\text{пот}}" \) - потенциальная энергия заряда 1 после взаимодействия, \( E_{\text{кин}}" \) - кинетическая энергия тела после взаимодействия, \( A \) - работа силы электростатического взаимодействия.
Подставим известные значения:
\[ W + E_{\text{пот}} = E_{\text{пот}}" + 0 + A \]
3. Затем, найдем потенциальную энергию до и после взаимодействия.
Для этого воспользуемся формулой для потенциальной энергии:
\[ E_{\text{пот}} = m \cdot g \cdot H \]
где \( g \) - ускорение свободного падения (\(9.8 \, \text{м/с}^2\)), \( H \) - высота над горизонтом.
Подставим известные значения:
\[ E_{\text{пот}} = m \cdot 9.8 \cdot 0.3 \]
4. Теперь рассмотрим потенциальную энергию после взаимодействия \( E_{\text{пот}}" \), которая равна работе \( A \), так как кинетическая энергия стала равной нулю:
\[ E_{\text{пот}}" = A \]
5. Подставим значения потенциальных энергий в уравнение:
\[ W + m \cdot 9.8 \cdot 0.3 = A + 0 + A \]
6. Округлим значение кинетической энергии до сотых долей:
\[ 260 \, \text{мДж} \approx 0.26 \, \text{Дж} \]
7. Теперь решим уравнение:
\[ 0.26 + m \cdot 9.8 \cdot 0.3 = A + A \]
\[ 0.26 + m \cdot 2.94 = 2A \]
8. Так как работа \( A \) между зарядами постоянна, умножим ее на 2:
\[ 0.26 + m \cdot 2.94 = 2 \cdot \left( \frac{{-6 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} \right) \]
\[ 0.26 + m \cdot 2.94 = \frac{{-12 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} \]
9. Теперь найдем значение массы \( m \):
\[ m = \frac{{\frac{{-12 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} - 0.26}}{{2.94}} \]
10. Подставим известные значения и рассчитаем \( m \):
\[ m = \frac{{\frac{{-12 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} - 0.26}}{{2.94}} \]
Учитывая, что \( q_2 \) не указано в задаче, мы не можем рассчитать \( m \) до конца. Однако, если предположить значение \( q_2 \), мы сможем закончить решение.
Таким образом, решение зависит от значения заряда \( q_2 \). Если вы укажете конкретное значение \( q_2 \), я смогу дать окончательный ответ.
1. Для начала, найдем работу силы электростатического взаимодействия между зарядами \( q_1 \) и \( q_2 \).
Для этого воспользуемся формулой для работы \( A \):
\[ A = \frac{{q_1 \cdot q_2}}{{4\pi\epsilon_0 \cdot L}} \]
где \( \epsilon_0 \) - электростатическая постоянная (\(8.85 \times 10^{-12} \, \text{Ф/м}\)).
Подставим значения зарядов \( q_1 \), \( q_2 \) и расстояния \( L \) в формулу:
\[ A = \frac{{-6 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} \]
2. Далее, используем закон сохранения энергии:
\[ E_{\text{пот}} + E_{\text{кин}} = E_{\text{пот}}" + E_{\text{кин}}" + A \]
где \( E_{\text{пот}} \) - потенциальная энергия тела до и после взаимодействия, \( E_{\text{кин}} \) - кинетическая энергия тела до и после взаимодействия, \( E_{\text{пот}}" \) - потенциальная энергия заряда 1 после взаимодействия, \( E_{\text{кин}}" \) - кинетическая энергия тела после взаимодействия, \( A \) - работа силы электростатического взаимодействия.
Подставим известные значения:
\[ W + E_{\text{пот}} = E_{\text{пот}}" + 0 + A \]
3. Затем, найдем потенциальную энергию до и после взаимодействия.
Для этого воспользуемся формулой для потенциальной энергии:
\[ E_{\text{пот}} = m \cdot g \cdot H \]
где \( g \) - ускорение свободного падения (\(9.8 \, \text{м/с}^2\)), \( H \) - высота над горизонтом.
Подставим известные значения:
\[ E_{\text{пот}} = m \cdot 9.8 \cdot 0.3 \]
4. Теперь рассмотрим потенциальную энергию после взаимодействия \( E_{\text{пот}}" \), которая равна работе \( A \), так как кинетическая энергия стала равной нулю:
\[ E_{\text{пот}}" = A \]
5. Подставим значения потенциальных энергий в уравнение:
\[ W + m \cdot 9.8 \cdot 0.3 = A + 0 + A \]
6. Округлим значение кинетической энергии до сотых долей:
\[ 260 \, \text{мДж} \approx 0.26 \, \text{Дж} \]
7. Теперь решим уравнение:
\[ 0.26 + m \cdot 9.8 \cdot 0.3 = A + A \]
\[ 0.26 + m \cdot 2.94 = 2A \]
8. Так как работа \( A \) между зарядами постоянна, умножим ее на 2:
\[ 0.26 + m \cdot 2.94 = 2 \cdot \left( \frac{{-6 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} \right) \]
\[ 0.26 + m \cdot 2.94 = \frac{{-12 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} \]
9. Теперь найдем значение массы \( m \):
\[ m = \frac{{\frac{{-12 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} - 0.26}}{{2.94}} \]
10. Подставим известные значения и рассчитаем \( m \):
\[ m = \frac{{\frac{{-12 \times 10^{-6} \cdot q_2}}{{4\pi \cdot 8.85 \times 10^{-12} \cdot 0.2}} - 0.26}}{{2.94}} \]
Учитывая, что \( q_2 \) не указано в задаче, мы не можем рассчитать \( m \) до конца. Однако, если предположить значение \( q_2 \), мы сможем закончить решение.
Таким образом, решение зависит от значения заряда \( q_2 \). Если вы укажете конкретное значение \( q_2 \), я смогу дать окончательный ответ.
Знаешь ответ?