Как изменяется сила действующая на заряженную гильзу при удалении ее от заряженного тела? Как это показать на опыте?

Когда заряженная гильза удаляется от заряженного тела, сила, действующая на нее, изменяется в соответствии с законом Кулона. Закон Кулона описывает силу взаимодействия между двумя точечными зарядами и гласит, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. Формула закона Кулона:

$F = k \frac{q_1 q_2}{r^2},$

где $F$ — сила взаимодействия, $k$ — коэффициент пропорциональности (электрическая постоянная в вакууме), $q_1$ и $q_2$ — величины зарядов, $r$ — расстояние между зарядами.

Как изменяется сила при удалении гильзы:

1. При увеличении расстояния $r$: Сила уменьшается, поскольку $F \propto \frac{1}{r^2}$. Например, если расстояние увеличится в 2 раза, сила уменьшится в 4 раза.
2. При приближении гильзы к заряженному телу: Сила возрастает, так как расстояние уменьшается.

Как показать это на опыте:

1. Подготовка оборудования:

   • Заряженное тело, например, заряженная металлическая сфера или пластина.
   • Легкая гильза, способная заряжаться, например, небольшая алюминиевая или латунная трубка.
   • Нитка для подвеса гильзы, чтобы обеспечить её свободное движение.
   • Электрометр или другая система для измерения силы (например, динамометр).

2. Проведение опыта:

   • Зарядите тело и гильзу.
   • Подвесьте гильзу на нити так, чтобы она могла свободно перемещаться под действием электрической силы.
   • Разместите заряженное тело неподалеку от гильзы и зафиксируйте начальное расстояние между ними.
   • Постепенно увеличивайте расстояние между телом и гильзой, измеряя отклонение гильзы от вертикали. Отклонение связано с действующей на неё силой.
   • Зарегистрируйте силу на каждом этапе с помощью измерительного прибора.

3. Наблюдение и анализ:

   • Вы увидите, что по мере увеличения расстояния отклонение гильзы уменьшается, что подтверждает снижение силы.
   • Постройте график зависимости силы от $\frac{1}{r^2}$, чтобы убедиться, что данные соответствуют закону Кулона.

Этот опыт наглядно демонстрирует, как изменяется сила между заряженными телами при изменении расстояния, и подтверждает теоретические положения.