Силы гравитационного притяжения формула: Сила гравитационного притяжения между двумя телами находящимися на расстоянии 2м равна 9Н. чему будет равна…

Why, How, When and Detailed Facts –

В этой статье мы собираемся обсудить, является ли гравитационная сила контактной силой или бесконтактной силой, почему гравитация является бесконтактной силой, причины и некоторые факты.

Гравитационная сила – это сила притяжения, оказываемая двумя телами друг на друга, и неконтактная сила между двумя объектами.

Что такое гравитационная сила

Гравитационная сила – одна из четырех фундаментальных сил в природе и самая слабая сила притяжения, чем электромагнитная сила, сильная сила и слабая сила.

Гравитационная сила – это сила притяжения между двумя телами, имеющими массу и разделенными расстоянием r. Гравитационная сила, как известно, является силой притяжения, потому что она действует одинаково и противоположно двумя объектами друг на друга, что удерживает их на орбите. Таким образом, объекты с меньшей массой будут стремиться вращаться вокруг более тяжелого тела, в то время как оба объекта с равными массами будут вращаться по одной и той же орбите относительно друг друга.

Идея гравитационной силы была впервые предложена известным ученым Ньютоном, и он сформулировал закон всемирного тяготения, который гласит: «Гравитационная сила между двумя телами пропорциональна произведению двух масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.». Он сформулирован как

F=G*(м₁m₂)/р²

Где G — гравитационная постоянная G=6.67*10.^-11

R – расстояние между двумя объектами массой

То же самое проиллюстрировано для точечных зарядов в электрическом поле. Электрическая сила, испытываемая двумя точечными зарядами q₁ и д₂ разделенный расстоянием ‘r’ определяется выражением

где

– постоянная Кулона.

Характеристики гравитационной силы

• Это самая слабая сила из всех фундаментальных сил в природе.
• Это сила притяжения, удерживаемая между двумя телами, которая удерживает их связанными друг с другом.
• Это бесконтактная сила, действующая на тело с расстояния, разнесенного друг от друга.
• Для двух тел поле не требуется. применять силу друг на друга.
• Это сила дальнего действия. Например, Луна вращается вокруг Земли из-за гравитационного притяжения Земли, планет, вращающихся вокруг Солнца, приливов и отливов на Земле из-за гравитационного притяжения Луны на Земле.
• Гравитационная сила зависит от масс двух объектов, действующих друг на друга.
• Сила тяжести уменьшается до квадрата, умноженного на длину, разделяющую объекты, по мере того, как расстояние между ними увеличивается.
• Значение гравитационной постоянной G на Земле постоянно.

Почему гравитация – это бесконтактная сила

На латыни гравитация означает «вес». Гравитационная сила, действующая на каждый объект, окружающий Землю, известна как гравитация.

Вы когда-нибудь задумывались, что если бы на Земле не было гравитации, что бы произошло? Мы бы просто парили в воздухе, не имея возможности ходить по поверхности. Земля на орбите вращалась бы вокруг Солнца с большей скоростью, все объекты просто свободно перемещались бы в атмосфере, мы не могли бы управлять никакими транспортными средствами, и деревья не росли бы на земле, и так много вещей…

Мир такой, какой он есть, только из-за гравитации Земли эта солнечная система существует только потому, что гравитационное притяжение, создаваемое Солнцем, намного сильнее, чем у любого другого объекта в этой системе.

Сила, оказываемая Землей на окружающие ее объекты, возникает из-за силы гравитации Земли, и то же самое формулируется, как указано ниже:

Где G – гравитационная постоянная

M_E масса Земли

M – масса объекта

R_E это радиус Земли

h – высота над поверхностью Земли, если объект находится на поверхности Земли, то h = 0.

Если объект находится на бесконечности, то из вышеприведенного выражения следует вывод, что сила исчезает на самом большом расстоянии.

Согласно второму закону движения Ньютона, «Ускорение объекта зависит от действующей на него чистой силы и массы объекта, ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе объекта.”И представлен как F = ma. Чем больше масса объекта, тем меньше его ускорение.

Сравнение уравнения гравитации Земли и уравнения Ньютона 2^nd закон движения, мы имеем

‘g’ – это ускорение, обусловленное гравитацией Земли, и оно постоянно на Земле, за исключением магнитных полюсов Земли, потому что магнитная сила Земли выше на полюсе, поэтому значение ‘g’ немного увеличивается до 10 м / с².

Из-за силы тяжести вес любого объекта на планете Земля будет массой, умноженной на ускорение свободного падения (Вес = Масса´g). Работа, совершаемая гравитационным воздействием Земли на объект, равна

Работа сделана = mgh.

Совершенная работа равна потенциальная энергия объекта на определенной высоте «х» от земли.

Гравитация называется бесконтактной силой, потому что гравитационная сила действует одной массой на другую с расстояния, разделяющего их, и не находясь в физическом контакте. Все объекты, имеющие массу, связаны друг с другом гравитационным притяжением. Гравитация – это центральная сила потому что он направлен к центру объектов.

Как гравитационная сила – это бесконтактная сила

Все объекты с массы проявляют некоторую гравитационную силу которое изменяется в зависимости от расстояния между двумя объектами, рассматриваемыми вместе одной линией. Сила, с которой оба объекта действуют друг на друга, одинакова.

Мяч в воздухе испытывает силу тяжести

Вы когда-нибудь замечали, что когда мяч подбрасывается в воздух, он перестает ускоряться на очень ограниченные миллисекунды, когда достигает своего наивысшего пика, а затем скорость мяча экспоненциально увеличивается, пока он не отскочит от земли? В пике мяч получает потенциальная энергия и постепенно преобразуется в кинетическую энергию, и мяч ускоряется быстрее, потому что сила тяжести, действующая на мяч, увеличивается с уменьшением расстояния. Расстояние, пройденное мячом при приближении к земле, равно квадрату времени пройденного им расстояния.

Что ж, гравитационная сила – это сила между Землей и мячом, сила, проявляемая каждым из них, одинакова по величине и действует в противоположном направлении. Чем дальше от тела, тем меньше гравитационная сила, действующая друг на друга.

Единица силы тяжести

Единицей силы тяжести является Ньютон, названный в честь ученого Исаака Ньютона за его открытие.

Универсальная гравитационная постоянная G имеет значение 6.67*10^-11 Nm²/ кг². Подставляя это в формулу гравитационной силы в единицах CGS, мы получаем

Следовательно, единицей силы тяжести является Ньютон.

Подробнее о Магнитная сила – это контактная сила: почему, как, когда и подробные факты.

Часто задаваемые вопросы

Какая сила тяжести между Землей и Солнцем?

Из-за наличия гравитационного притяжения между Землей и Солнцем Земля вращается по орбите вокруг Солнца.

Мы знаем:

Масса Земли M_E= 6 * 10²⁴

Масса Солнца M_s= 2*10³⁰

Расстояние между Землей и Солнцем d= 1.5*10¹¹

Гравитационная постоянная G = 6.67*10^-11

Следовательно,

Гравитационная сила между Солнцем и Землей приблизительно равна

Какая сила тяжести между Солнцем и Юпитером?

Планета Юпитер – самая большая молодая планета в нашей солнечной системе, и она притягивает все земные тела, приближающиеся к нашей планете Земля.

Масса Юпитера М= 1.9*10²⁷ kg

Масса Солнца M_s= 2 * 10³⁰ kg

Расстояние между Солнцем и Юпитером d = 7.8*10.¹¹ m.

Следовательно, гравитационная сила между Солнцем и Землей составляет примерно 42*10²²

Сила гравитации между Солнцем и Юпитером больше, чем сила гравитации между Землей и Солнцем, потому что масса планеты Юпитер намного больше, чем масса Земли.

Как запускаются спутники в космос?

Спутники запускаются в космос на ракетах с тоннами топлива, чтобы вызвать достаточно доверия, чтобы уйти от атмосферы Земли.

Как только ракета достигнет определенного расстояния в космосе, откуда нет никаких шансов, что спутник упадет обратно в атмосферу Земли или вернется на Землю, ракета выпустит спутник в космос или на орбиту любой планеты, на которой находится исследования будут проводиться. Спутник получает импульс от ракеты, чтобы выйти на орбиту планеты. Гравитация планет притягивает к себе спутник, в то время как импульс спутника действует перпендикулярно направлению силы тяжести, которая держит спутник в движении и вращается вокруг планет по орбите.

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2. 1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4. 1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5. 5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный

пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ – Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

1.3 Закон Кулона | Техасский шлюз

Цели обучения

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Сформулируйте закон Кулона в терминах изменения электростатической силы с расстоянием между двумя объектами
• Расчет электростатической силы между двумя точечными зарядами, такими как электроны или протоны
• Сравните электростатическую силу с гравитационным притяжением для протона и электрона; для человека и Земли

Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:

• 3. A.3.3 Учащийся может описать силу как взаимодействие между двумя объектами и идентифицировать оба объекта для любой силы. (Ст. 1.4)
• 3.A.3.4 Учащийся может делать заявления о силе, действующей на объект в связи с наличием других объектов с таким же свойством: массой, электрическим зарядом. (СП 6.1, 6.4)
• 3.C.2.1 Учащийся может качественно и количественно использовать закон Кулона, чтобы делать прогнозы о взаимодействии между двумя точечными электрическими зарядами — взаимодействия между наборами точечных электрических зарядов не рассматриваются в физике 1, а ограничиваются физикой. 2.
  (СП 2.2, 6.4)
• 3.C.2.2 Учащийся может связать понятия гравитационной силы и электрической силы, чтобы сравнить сходства и различия между силами. (Ст.7.2)

Рис. 1.18 На этом изображении Arp 87, сделанном НАСА, показан результат сильного гравитационного притяжения между двумя галактиками. Напротив, на субатомном уровне электростатическое притяжение между двумя объектами, такими как электрон и протон, намного больше, чем их взаимное притяжение из-за гравитации. (NASA/HST)

Благодаря работам ученых конца восемнадцатого века основные особенности электростатической силы — существование двух типов зарядов, наблюдение, что одинаковые заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются, и уменьшение силы с расстоянием – в конечном итоге были уточнены и выражены в виде математической формулы. Математическая формула электростатической силы называется законом Кулона в честь французского физика Шарля Кулона (1736–1806), который провел эксперименты и первым предложил формулу для ее расчета.

Закон Кулона

1.3 F=k|q1q2|r2F=k|q1q2|r2 размер 12{F=k { {q rSub { размер 8{1} } q rSub { размер 8{2} } } над {r rSup { размер 8{2} } } } } {}

Закон Кулона вычисляет величину силы FF между двумя точечными зарядами, q1q1 размером 12{q rSub { размером 8{1} } } {} и q2q2 размером 12{ q rSub { size 8{2} } } {}, разделенные расстоянием rr. В единицах СИ константа kk равна

1,4 k=8,988×109Н⋅м2C2≈8,99×109Н⋅м2C2.k=8,988×109Н⋅м2C2≈8,99×109Н⋅м2C2. размер 12{k=8 “.” “988” раз “10” rSup { размер 8{9} } { {N cdot m rSup { размер 8{2} } } свыше {C rSup { размер 8{2} } } } приблизительно 9 “.” “00” раз “10” rSup { размер 8{9} } { {N cdot m rSup { размер 8{2} } } over {C rSup { размер 8{2} } } } } } {}

Электростатическая сила является векторной величиной и выражается в ньютонах. Сила понимается вдоль линии, соединяющей два заряда (см. рис. 1.19).

Хотя формула закона Кулона проста, доказать ее было непросто. сделать это с помощью доступного тогда примитивного оборудования, было трудно.Современные эксперименты подтвердили закон Кулона с большой точностью.Например, было показано, что сила обратно пропорциональна расстоянию между двумя объектами, возведенному в квадрат F∝1/r2F∝1/r2 size 12{ left (F prop {1} slash {r rSup { size 8{2} } } right )} {} с точностью до 1 части в 1016.1016. size 12{“10” rSup { size 8{“16” } } } {} Никогда не было обнаружено никаких исключений, даже на небольших расстояниях в пределах a Том.

Рисунок 1.19 Величина электростатической силы FF размера 12{F} {} между точечными зарядами q1q1 размера 12{q rSub { размера 8{1} } } } {} и q2q2 размера 12{q rSub { размера 8{2} } } {}, разделенные расстоянием rr size 12{F} {}, определяется законом Кулона. Обратите внимание, что третий закон Ньютона — каждая приложенная сила создает равную и противоположную силу — применяется как обычно — сила на q1q1 size 12{q rSub { size 8{1} } } {} равна по величине и противоположна по направлению силе он воздействует на размер q2q2 12{q rSub { размер 8{2} } } {}. а) Подобные обвинения. (b) В отличие от обвинений.

Установление связей: сравнение гравитационных и электростатических сил

Вспомните, что гравитационная сила (закон всемирного тяготения Ньютона) определяет силу как Fs=GmMr2Fs=GmMr2.

Сравнение двух сил — гравитационной и электростатической — показывает некоторые сходства и различия. Гравитационная сила пропорциональна массам взаимодействующих тел, а электростатическая сила пропорциональна величинам зарядов взаимодействующих тел. Следовательно, обе силы пропорциональны свойству, которое представляет силу взаимодействия для данного поля. Кроме того, обе силы обратно пропорциональны квадрату расстояний между ними. Может показаться, что эти две силы связаны, но это не так. На самом деле, величины этих двух сил сильно различаются, поскольку они зависят от разных параметров и разных механизмов. Для электронов (или протонов) преобладает электростатическая сила, которая намного больше гравитационной силы. С другой стороны, гравитационная сила обычно доминирует для объектов с большими массами. Еще одно важное различие между двумя силами заключается в том, что гравитационная сила может быть только притягивающей, тогда как электростатическая может быть притягивающей или отталкивающей, в зависимости от знака зарядов; разноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются.

Пример 1.1 Насколько велика сила Кулона по отношению к силе гравитации?

Сравните электростатическую силу между электроном и протоном, разделенными расстоянием 0,530×10−10m0,530×10−10m размером 12{0 “. ” “530” умножить на “10” rSup { size 8{ – “10”} } m} {} с гравитационной силой между ними. Это расстояние является их средним расстоянием в атоме водорода.

Стратегия

Чтобы сравнить две силы, мы сначала вычисляем электростатическую силу, используя закон Кулона, F=k|q1q2|r2F=k|q1q2|r2 size 12{F=k { {q rSub { size 8{ 1} } q rSub {размер 8{2} } } поверх {r rSup {размер 8{2} } } } } {}. Затем мы вычисляем гравитационную силу, используя универсальный закон всемирного тяготения Ньютона. Наконец, мы возьмем отношение, чтобы увидеть, как силы сравниваются по величине.

Решение

Подставляя заданную и известную информацию о зарядах и разделении электрона и протона в выражение закона Кулона, получаем

1,5 F=k|q1q2|r2F=k|q1q2|r2 size 12{F =k { {q rSub { размер 8{1 } } q rSub { размер 8{2} } } over {r rSup { размер 8{2} } } } } {}

1,6 =8,99× 109 Н⋅ м2/C2 ×(1,60×10-19C)(1,60×10-19C)(0,530×10-10м)2.=8,99×109Н⋅м2/C2×(1,60×10-19C)(1,60×10-19C)( 0,530× 10–10 м) 2. alignl { стек { размер 12 { ” ” = левый (9″.” “00” раз “10” rSup { размер 8{9} } N cdot ” m” rSup { размер 8{2} } /C rSup { размер 8{2} } справа ) раз { { \( “-1″ ” .” “60” раз ” 10″ rSup { size 8{“-19”} } C \) \( 1 “.” “60” раз ” 10″ rSup { size 8{“-19”} } C \) } over { \( 0 “.” “530 ” раз ” 10″ rSup { размер 8 {“-10”} } m \) rSup { размер 8 {2} } } } } {} # {} } } {}

Таким образом, сила Кулона равна

1,7 F=8,19×10–8Н.Ф=8,19×10–8Н. размер 12{F=”-8″ “.” “20 ” раз ” 10″ rSup { size 8{“-8”} } N} {}

Заряды противоположны по знаку, так что это сила притяжения. Это очень большая сила для электрона — она вызвала бы ускорение 8,99×1022 м/с28,99×1022 м/с2 размер 12{9 “.” «00» умножить на «10» rSup { size 8 {“22”} } {m} косая черта {s rSup { size 8{2} } } } {}, проверка остается как задача конца раздела. сила определяется законом всемирного тяготения Ньютона как 8{2} } } } } {}

где G=6,67×10-11Н⋅м2/кг2G=6,67×10-11Н⋅м2/кг2 размер 12{G=6 “.” “67” умножить на “10” rSup {размер 8{ – “11”} } {N cdot m rSup {размер 8{2} } } косая черта { ital “kg” rSup {размер 8{2} } } } {}. Здесь mm и MM представляют массы электрона и протона, которые можно найти в приложениях. Ввод значений для известных дает

1,9 FG=(6,67×10-11Н⋅м2/кг2)×(9,11×10-31кг)(1,67×10-27кг)(0,530×10-10м)2=3,61×10-47Н.FG=(6,67 × 10–11 Н⋅м2/кг2) × (9,11 × 10–31 кг) (1,67 × 10–27 кг) (0,530 × 10–10 м)2 = 3,61 × 10–47 Н.

Это тоже сила притяжения, хотя традиционно она изображается положительной, поскольку гравитационная сила всегда притягивает. Отношение величины электростатической силы к силе гравитации в этом случае составляет, таким образом,

1,10 FFG= 2,27 × 1039.FFG= 2,27 × 1039. size 12{ { {F} over {F rSub { size 8{G} } } } =” 2″ “.” “27” умножить на “10” rSup {размер 8{“39”} } } {}

Обсуждение

Это удивительно большое отношение! Обратите внимание, что это будет отношение электростатической силы к гравитационной силе для электрона и протона на любом расстоянии, принимая соотношение перед вводом числовых значений. показывает, что расстояние сокращается. Это отношение дает некоторое представление о том, насколько больше кулоновская сила, чем гравитационная сила между двумя наиболее распространенными в природе частицами

, где важны взаимодействия отдельных заряженных частиц. В больших масштабах, например, между Землей и человеком, верно обратное. Большинство объектов почти электрически нейтральны, и поэтому кулоновские силы притяжения и отталкивания почти нейтрализуют. Гравитационная сила на крупный масштаб доминирует во взаимодействиях между крупными объектами, потому что он всегда притягивает, в то время как кулоновские силы имеют тенденцию нейтрализовывать [9].0003

• Печать
• Поделиться

Закон Кулона | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Сформулировать закон Кулона с точки зрения того, как электростатическая сила изменяется с расстоянием между двумя объектами.
• Рассчитайте электростатическую силу между двумя заряженными точечными силами, такими как электроны или протоны.
• Сравните электростатическую силу с гравитационным притяжением для протона и электрона; для человека и Земли.

Рис. 1. На этом изображении Arp 87, сделанном НАСА, показан результат сильного гравитационного притяжения между двумя галактиками. Напротив, на субатомном уровне электростатическое притяжение между двумя объектами, такими как электрон и протон, намного больше, чем их взаимное притяжение из-за гравитации. (кредит: NASA/HST)

Благодаря работе ученых в конце 18 века основные характеристики электростатическая сила — существование двух типов зарядов, наблюдение, что одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются, и уменьшение силы с расстоянием — в конце концов были уточнены и выражены в виде математической формулы. Математическая формула электростатической силы называется законом Кулона в честь французского физика Шарля Кулона (1736–1806), который провел эксперименты и первым предложил формулу для ее расчета. 2}\вправо)\\[/латекс] с точностью 1 часть из 10 ¹⁶ . Никогда не было найдено никаких исключений, даже на малых расстояниях внутри атома.

Рис. 2. Величина электростатической силы F между точечными зарядами q ₁ и q ₂ , разделенными расстоянием r, определяется законом Кулона. Обратите внимание, что третий закон Ньютона (каждая приложенная сила создает равную и противоположную силу) применяется как обычно — сила, действующая на q ₁ , равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей на 9.0137 q ₂ . а) Подобные обвинения. (b) В отличие от обвинений.

Пример 1. Насколько велика сила Кулона по отношению к силе гравитации?

Сравните электростатическую силу между электроном и протоном, разделенные расстоянием 0,530 × 10 ⁻¹⁰ м, с гравитационной силой между ними. Это расстояние является их средним расстоянием в атоме водорода.

Стратегия

Чтобы сравнить две силы, мы сначала вычисляем электростатическую силу, используя закон Кулона, [латекс]\displaystyle{F}=k\frac{\mid{q}_1q_2\mid}{r^2}\\ [/латекс]. Затем мы вычисляем гравитационную силу, используя универсальный закон всемирного тяготения Ньютона. Наконец, мы возьмем отношение, чтобы увидеть, как силы сравниваются по величине. 9{39}\\[/латекс].

Обсуждение

Это удивительно большое соотношение! Обратите внимание, что это будет отношение электростатической силы к гравитационной силе для электрона и протона на любом расстоянии (определение отношения перед вводом числовых значений показывает, что расстояние сокращается). Это отношение дает некоторое представление о том, насколько больше кулоновская сила, чем гравитационная сила между двумя наиболее распространенными в природе частицами.

Как видно из примера, гравитационная сила совершенно незначительна в малых масштабах, где важны взаимодействия отдельных заряженных частиц. В больших масштабах, например, между Землей и человеком, верно обратное. Большинство объектов почти электрически нейтральны, поэтому они привлекательны и отталкивают Кулоновские силы почти компенсируются. {2}}\\[/latex], где 9{2}}\\[/латекс]

Эта кулоновская сила чрезвычайно важна, поскольку большинство зарядов связано с точечными частицами. Он отвечает за все электростатические эффекты и лежит в основе большинства макроскопических сил.

Сила Кулона необычайно сильна по сравнению с силой гравитации, еще одной основной силой, но в отличие от силы гравитации она может нейтрализоваться, поскольку может быть либо притягивающей, либо отталкивающей.

Электростатическая сила между двумя субатомными частицами намного больше, чем гравитационная сила между теми же двумя частицами.

Концептуальные вопросы

Рис. 3. Схематическое изображение внешнего электронного облака нейтральной молекулы воды.

Используйте рисунок 3 в качестве справочного материала при ответе на следующие вопросы. На рис. 3 показано схематическое изображение внешнего электронного облака нейтральной молекулы воды. Электроны проводят больше времени рядом с кислородом, чем водороды, что обеспечивает постоянное разделение зарядов, как показано. Таким образом, вода представляет собой полярную молекулу . На него легче воздействуют электростатические силы, чем на молекулы с однородным распределением заряда.

1. На рисунке 3 показано распределение заряда в молекуле воды, которая называется полярной молекулой, поскольку ей присуще разделение зарядов. Учитывая полярный характер воды, объясните, какое влияние оказывает влажность на снятие избыточного заряда с объектов.
2. Используя рисунок 3, объясните с точки зрения закона Кулона, почему полярная молекула (такая как на рисунке 3) притягивает как положительные, так и отрицательные заряды.
3. Учитывая полярный характер молекул воды, объясните, как ионы в воздухе образуют центры зарождения капель дождя.

Задачи и упражнения

1. Какова сила отталкивания между двумя пробковыми шариками, находящимися на расстоянии 8,00 см друг от друга и имеющими одинаковые заряды –30,0 нКл?
2. (a) Насколько велика сила притяжения между стеклянной палочкой с зарядом 0,700 мк Кл и шелковой тканью с зарядом –0,600 мк Кл, которые находятся на расстоянии 12,0 см друг от друга, используя приближение, что они действуют как точки? сборы? (b) Обсудите, как может повлиять на решение этой задачи, если заряды распределены по некоторой области и не действуют как точечные заряды.
3. Два точечных заряда действуют друг на друга с силой 5,00 Н. Во что превратится сила, если расстояние между ними увеличить в 3 раза?
4. Два точечных заряда сближаются, увеличивая силу между ними в 25 раз. Во сколько раз уменьшилось расстояние между ними?
5. На каком расстоянии друг от друга должны находиться два точечных заряда 75,0 нКл (типично для статического электричества), чтобы сила между ними составляла 1,00 Н?
6. Если два одинаковых заряда по 1 Кл каждый находятся в воздухе на расстоянии 1 км, какова величина силы, действующей между ними? Вы увидите, что даже на таком большом расстоянии, как 1 км, сила отталкивания значительна, потому что 1 Кл — это очень значительная величина заряда.
7. Испытательный заряд +2 μ Кл помещается на полпути между зарядом +6 μ Кл и другим зарядом +4 μ Кл на расстоянии 10 см. а) Какова величина силы, действующей на пробный заряд? б) Как направлена ​​эта сила (от или к заряду +6 μ Кл)?
8. Голые свободные заряды не остаются неподвижными, когда находятся близко друг к другу. Чтобы проиллюстрировать это, рассчитайте ускорение двух изолированных протонов, разделенных расстоянием 2,00 нм (типичное расстояние между атомами газа). Подробно покажите, как вы выполняете шаги, описанные в стратегии решения проблем для электростатики.
9. а) Во сколько раз нужно изменить расстояние между двумя точечными зарядами, чтобы сила между ними изменилась в 10 раз? (b) Объясните, как расстояние может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от этого фактора и при этом вызывать изменение силы в 10 раз.
10. Предположим, у вас есть общий заряд q _до , который вы можете разделить любым способом. После разделения расстояние разделения фиксируется. Как разделить заряд, чтобы достичь наибольшей силы?
11. (a) Обычная прозрачная лента заряжается, когда ее вытягивают из дозатора. Если одну часть поместить над другой, сила отталкивания может быть достаточно большой, чтобы выдержать вес верхней части. Предполагая равные точечные заряды (только приближение), рассчитайте величину заряда, если электростатическая сила достаточно велика, чтобы выдержать вес куска ленты массой 10,0 мг, удерживаемого на расстоянии 1,00 см над другим. (b) Обсудите, соответствует ли величина этого заряда тому, что типично для статического электричества.
12. а) Найдите отношение электростатической силы к гравитационной между двумя электронами. б) Чему равно это отношение для двух протонов? в) Почему это отношение различно для электронов и протонов?
13. На каком расстоянии электростатическая сила между двумя протонами равна весу одного протона?
14. Определенная пятицентовая монета содержит 5,00 г никеля. Какая часть электронов атомов никеля, удаленных и помещенных над ним на 1,00 м, выдержит вес этой монеты? Атомная масса никеля равна 58,7, а каждый атом никеля содержит 28 электронов и 28 протонов.
15. (a) Два точечных заряда общей массой 8,00 µ Кл действуют друг на друга с силой отталкивания 0,150 Н на расстоянии 0,500 м. Каков заряд каждого? б) Каков заряд каждого из них, если сила притяжения?
16. Точечные заряды 5,00 мк Кл и –3,00 мк Кл расположены на расстоянии 0,250 м друг от друга. а) Куда можно поместить третий заряд, чтобы результирующая сила, действующая на него, была равна нулю? б) Что делать, если оба заряда положительны?
17. Двухточечный заряд q ₁ и q ₂ находятся на расстоянии 3,00 м друг от друга, а их общий заряд равен 20 мк Кл. (a) Если сила отталкивания между ними равна 0,075 Н, какова величина двух зарядов? б) Если один заряд притягивает другой с силой 0,525 Н, каковы величины двух зарядов? Обратите внимание, что вам может понадобиться решить квадратное уравнение, чтобы получить ответ.

Глоссарий

Закон Кулона:  математическое уравнение, вычисляющее вектор электростатической силы между двумя заряженными частицами

Кулоновская сила:  другой термин для электростатической силы

электростатическая сила: величина и направление притяжения или отталкивания между двумя заряженными телами

Избранные решения задач и упражнений

2.