Маленький лёгкий заряженный положительно металлический шарик подвесили на непроводящей нити вблизи незаряженной металлической пластины. Опишите движение шарика и объясните его, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано.

Сначала положительно заряженный металлический шарик начнет отклоняться в сторону незаряженной металлической пластины и двигаться к ней.

Это происходит из-за явления электростатической индукции. Хотя пластина в целом не заряжена, в ней имеются свободные электроны. Под действием электрического поля положительно заряженного шарика электроны в пластине смещаются к той ее стороне, которая обращена к шарику. Поэтому ближайшая к шарику поверхность пластины приобретает избыток отрицательного заряда, а на более удаленной части возникает недостаток электронов, то есть положительный заряд.

На шарик при этом действуют две силы: притяжение к отрицательно заряженной ближней части пластины и отталкивание от положительно заряженной дальней части. Но отрицательные заряды находятся ближе к шарику. Согласно закону Кулона, электрическая сила быстро уменьшается с увеличением расстояния:

Поэтому притяжение к ближайшей отрицательно заряженной области оказывается сильнее отталкивания от удаленной положительной области. В результате возникает результирующая сила, направленная к пластине.

Шарик отклонится от вертикального положения и, если расстояние достаточно небольшое, коснется пластины. В момент соприкосновения шарик и пластина фактически образуют один проводник. Заряд начнет перераспределяться по их поверхности так, чтобы выровнять электрический потенциал. Часть положительного заряда шарика перейдет на пластину. При этом выполняется закон сохранения электрического заряда: общий положительный заряд системы «шарик — пластина» останется прежним.

После разделения и шарик, и пластина будут иметь заряд одного знака — положительный. Поэтому между ними возникнет уже электростатическое отталкивание. Шарик отойдет от пластины и начнет двигаться в обратную сторону.

Дальнейшее движение определяется одновременно электрическими силами, силой тяжести и натяжением нити. Шарик может совершить несколько колебаний. Из-за сопротивления воздуха и других потерь эти колебания постепенно затухнут.

Таким образом, последовательность движения примерно такая: сначала шарик притягивается к незаряженной пластине вследствие электростатической индукции, касается ее, заряд перераспределяется, после чего шарик и пластина оказываются одноименно заряженными и шарик отталкивается от пластины.

0 0 Пожаловаться