Twee ladingen + 1 * 10 ^ -6 en -4 * 10 ^ -6 worden gescheiden over een afstand van 2 m. Waar bevindt het nul punt zich?

Twee ladingen + 1 * 10 ^ -6 en -4 * 10 ^ -6 worden gescheiden over een afstand van 2 m. Waar bevindt het nul punt zich?
Anonim

Antwoord:

# 2m # van de mindere lading en # 4m # van de grotere lading.

Uitleg:

We zijn op zoek naar het punt waarop de kracht op een testlading, die is geïntroduceerd in de buurt van de twee opgegeven kosten, nul zou zijn. Op het nulpunt zou de aantrekking van de testlading op een van de twee opgegeven ladingen gelijk zijn aan de afstoting van de andere gegeven lading.

Ik zal een eendimensionaal referentiesysteem kiezen met de - charge, #Q _- #, op de oorsprong (x = 0) en de + lading, #Q _ + #, op x = + 2 m.

In het gebied tussen de 2 ladingen, zullen de elektrische veldlijnen ontstaan bij de + lading en eindigen bij de - lading. Vergeet niet dat de lijnen van het elektrische veld in de richting van de kracht wijzen op een positieve testlading. Daarom moet het nulpunt van het elektrische veld buiten de ladingen liggen.

We weten ook dat het nulpunt dichter bij de lagere lading moet liggen om de magnitudes te annuleren #F prop (1 / r ^ 2) #- het neemt af als een vierkant over afstand. Daarom zal de coördinaat van het nulpunt hebben #x> +2 m #. Het punt waarop het elektrische veld nul is, zou ook het punt zijn (het nulpunt) waar de kracht op een testlading nul zou zijn.

Door de wet van Coulomb te gebruiken, kunnen we afzonderlijke uitdrukkingen schrijven om de kracht op een testlading te vinden, # Q_t #, vanwege de twee afzonderlijke kosten. Wet van Coulomb in formulevorm:

#F = k ((q_1) keer (q_2)) / (r ^ 2) #

Gebruik dat om onze afzonderlijke uitdrukkingen te schrijven (zie bovenstaande paragraaf) voor een nulpunt op x

# F_- = k ((q_t) keer (q _-)) / (x ^ 2) #

Let op, ik gebruik het #F _- # om de kracht op de testlading aan te geven, # Q_t #, vanwege de negatieve lading, #Q _- #.

# F_ + = k ((q_t) keer (q _ +)) / ((x-2) ^ 2 #

De 2 krachten aan # Q_t #, individueel verschuldigd aan # q_- en q _ + #, moet sommen tot nul

# F_- + F_ + = 0 #.

#k ((q_t) keer (q _-)) / (x ^ 2) + k ((q_t) keer (q _ +)) / ((x-2) ^ 2) = 0 #

Waar mogelijk annuleren:

# (q_-) / (x ^ 2) + (q _ +) / ((x-2) ^ 2) = 0 #

De laadwaarden aansluiten:

# (-4xx10 ^ -6) / (x ^ 2) + (1xx10 ^ -6) / ((x-2) ^ 2) = 0 #

Sommige annuleren opnieuw en herschikken,

# 1 / ((x-2) ^ 2) = 4 / (x ^ 2) #

Dit kan worden omgezet in een kwadratische, maar laten we het eenvoudig maken en de wortel van alles nemen, wat oplevert:

# 1 / (x-2) = 2 / x #

Oplossen voor x:

#x = 2x - 4 #

#x = 4 #