Drie identieke puntladingen, elk met een massa m = 0 .100kg en lading q hangen aan drie strings. Als de lengte van de linker en rechter snaren L = 30 cm is en de hoek met verticaal θ = 45 ,0 , wat is de waarde van lading q?

Drie identieke puntladingen, elk met een massa m = 0 .100kg en lading q hangen aan drie strings. Als de lengte van de linker en rechter snaren L = 30 cm is en de hoek met verticaal θ = 45 ,0 , wat is de waarde van lading q?
Anonim

De situatie zoals beschreven in het probleem wordt getoond in de bovenstaande figuur.

Laat de ladingen op elk punt opladen (A, B, C) zijn # QC #

In #Delta OAB, / _ OAB = 1/2 (180-45) = 67.5 ^ @ #

Zo #/_CAB=67.5-45=22.5^@#

# / _ AOC = 90 ^ @ #

Zo # AC ^ 2 = OA ^ 2 + OC ^ 2 = 2L ^ 2 #

# => R ^ 2 = 2L ^ 2 #

Voor # Delta OAB, #

# AB ^ 2 = OA ^ 2 + OB ^ 2-2OA * OBcos45 ^ @ #

# => R ^ 2 = L ^ 2 + L ^ ^ 2-2L 2xx1 / sqrt2 = L ^ 2 (2-sqrt2) #

Nu krachten die op A werken

Elektrische afstotende kracht van B op A

# F = k_eq ^ 2 / r ^ 2 #

Elektrische afstotende kracht van C op A

# F_1 = k_eq ^ 2 / R ^ 2 #

waar # k_e = "Coulomb's const" = 9xx10 ^ 9Nm ^ 2C ^ -2 #

# F / F_1 = R ^ 2 / r ^ 2 = sqrt2 / (2-sqrt2) = (sqrt2 (2 + sqrt2)) / ((2 + sqrt2) (2-sqrt2)) #

# = (2sqrt2 + 2) / 2 = 1 + sqrt2 #

En # T = "Spanning op string" #

Als we het evenwicht van krachten op A in overweging nemen, kunnen we schrijven

Voor verticale krachten op A

# Tcos45 + Fsin22.5 = mg #

# => T / sqrt2 = mg Fsin22.5 …….. 1 #

Voor horizontale krachten op A

# Tsin45 = Fcos22.5 + F_1 #

# => T / sqrt2 = Fcos22.5 + F_1 …….. 2 #

Vergelijken 1 en 2 we krijgen

# Fcos22.5 + F_1 = mg Fsin22.5 #

# => Fcos22.5 + Fsin22.5 + F_1 = mg #

# => F (cos22.5 + sin22.5) + = F_1 mg #

# => F (sqrt (cos ^ 2 22.5 + sin ^ 2 22.5 + 2sin22.5xxcos22.5)) + F_1 = mg #

# => F (sqrt (1 + sin45)) + = F_1 mg #

# => F (sqrt (1 + 1 / sqrt2)) + = F_1 mg #

# => F (sqrt ((2 + sqrt2) / sqrt2)) + = F_1 mg #

# => F_1xx (sqrt2 + 1) (sqrt ((2 + sqrt2) / sqrt2)) + = F_1 mg #

# => F_1 (sqrt2 + 1) (sqrt ((2 + sqrt2) / sqrt2)) + 1 = 0.1xx9.81 #

# => F_1xx6.47 = 0.1xx9.81 #

# => K_eq ^ 2 / R ^ 2 = (0.1xx9.81) /6.47

# => Q = Rxxsqrt (0,152 / k_e) #

# => Q = sqrt2Lxxsqrt (0,152 / k_e) #

# => Q = sqrt2xx0.3xxsqrt (0,152 / (9xx10 ^ 9)) C = 1.74muC #