Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępności

Rozdział 5

Sprawdź, czy rozumiesz

5.1

Siła byłaby skierowana na zewnątrz.

5.2

Siła wypadkowa byłaby skierowana 58 ⁢⁢ ° 58⁢⁢° poniżej osi − x −x.

5.3

E → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ r 2 ⋅ r ̂ E → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ r 2 ⋅ r ̂ .

5.4

Nie będziemy teraz mogli skorzystać z zalet, jakie daje symetria układu. Będziemy musieli wyznaczyć osobno każdą z dwóch składowych natężenia pola elektrycznego, obliczając odpowiednie całki.

5.5

Ładunek punktowy byłby wtedy równy Q = σ ⁢ a ⁢ b Q= σ ⁢ a ⁢ b , gdzie a a i b b są bokami prostokąta, a poza tym przypadek jest identyczny.

5.6

Natężenie pola elektrycznego byłoby równe zero pomiędzy płaszczyznami i równe σ ∕ ε 0 σ∕ ε 0 wszędzie indziej.

Pytania

1.

Zazwyczaj liczby dodatnich i ujemnych ładunków są równe, co w efekcie powoduje, że ciała są elektrycznie obojętne.

3.

a. Tak; b. Tak.

5.

Weź ciało posiadające znany dodatni bądź ujemny ładunek i przybliż je do pręta. Jeżeli to ciało ma ładunek dodatni i jest odpychane, to pręt też ma ładunek dodatni. Jeżeli dodatnio naładowane ciało jest przyciągane, to pręt jest naładowany ujemnie.

7.

Nie, kurz jest przyciągany do obu ciał, ponieważ cząsteczki kurzu zostają spolaryzowane w kierunku jedwabiu.

9.

Tak, na przewodniku zostają wyindukowane ładunki polaryzacyjne, tak że ładunek dodatni jest bliżej naładowanego pręta, dając w efekcie przyciąganie.

11.

Elektryzowanie przez dotyk polega na przenoszeniu ładunków. Elektryzowanie przez indukcję polega na wygenerowaniu najpierw ładunku polaryzacyjnego w ciele, a następnie uziemieniu go, aby pozwolić części ładunków odpłynąć z ciała, pozostawiając je naładowane.

13.

Dzięki temu każdy nadmiarowy ładunek elektryczny jest odprowadzany do ziemi i zbiornik z benzyną pozostaje obojętny elektrycznie. Gdyby na zbiorniku z paliwem zgromadził się nadmiarowy ładunek, mogłoby dojść do przeskoku iskry i zapalenia benzyny.

15.

W suszarce tkaniny się elektryzują. Jeżeli są wilgotne, to efekt jest zmniejszony przez obecność cząsteczek wody.

17.

Są tylko dwa rodzaje ładunków: przyciągające i odpychające. Jeżeli zbliżymy do kwarcu naładowane elektrycznie ciało, to zobaczymy tylko jedno z tych oddziaływań, dowodząc tym, że nie ma ładunków trzeciego typu.

19.

a. Nie, ponieważ wyindukowany został ładunek polaryzacyjny; b. Tak, ponieważ ładunek polaryzacyjny wywołuje tylko przyciąganie.

21.

Siły utrzymujące jądro w całości muszą być większe od elektrostatycznych sił, z jakimi odpychają się protony.

23.

Można stosować ładunek próbny dowolnego znaku, lecz umówiono się, że posługujemy się ładunkiem dodatnim.

25.

Ładunki są tego samego znaku.

27.

Spodziewalibyśmy się, że w nieskończoności natężenie pola elektrycznego spada do zera, ale tak nie jest ze względu na to, że płaszczyzna ciągnie się do nieskończoności. Bez względu na to, gdzie się znajdujemy, widzimy nieskończoną płaszczyznę rozciągającą się we wszystkich kierunkach.

29.

Nieskończona naładowana płyta wytwarza wokół siebie pole elektryczne o natężeniu E = σ ∕ 2 ⁢ ε 0 E= σ ∕ 2 ⁢ ε 0 . Pole będzie skierowane do płyty, gdy jest ona naładowana ujemnie, a od płyty, gdy jest naładowana dodatnio. Natężenie pola elektrycznego układu dwóch równoległych płyt będzie równe zero pomiędzy płytami, gdy mają taki sam ładunek i E E będzie równe E = σ ∕ ε 0 E= σ ∕ ε 0 wszędzie na zewnątrz. Jeżeli ładunki mają przeciwne znaki, to sytuacja zmienia się na przeciwną, pole jest równe zero na zewnątrz płyt i E = σ ∕ ε 0 E= σ ∕ ε 0 pomiędzy nimi.

31.

Tak; nie.

33.

Na powierzchni Ziemi pole grawitacyjne jest zawsze skierowane do jej środka. Pole elektryczne może przenieść naładowaną cząstkę w kierunku innym niż do środka Ziemi. To świadczy o obecności pola elektrycznego.

35.

10.

Zadania

37.

a. 2⋅10-9⁢⁢C∕1,602⋅10-19⁢⁢elektron∕C=1,248⋅1010⁢⁢elektronów2⋅10-9⁢⁢C∕1,602⋅10-19⁢⁢elektron∕C=1,248⋅1010⁢⁢elektronów; b. 0,5⋅10-6⁢⁢C∕1,602⋅10-19⁢⁢elektron∕C=3,121⋅1012⁢⁢elektronów0,5⋅10-6⁢⁢C∕1,602⋅10-19⁢⁢elektron∕C=3,121⋅1012⁢⁢elektronów.

39.

3,75 ⋅ 10 21 ⁢⁢ elektronów ∕ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C = 600,8 ⁢⁢ C 3,75 ⋅ 10 21 ⁢⁢ elektronów ∕ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C = 600,8 ⁢⁢ C .

41.

a. 2 ⋅ 10 -9 ⁢⁢ C ⁢ ⋅ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C = 1,248 ⋅ 10 10 ⁢⁢ elektronów 2 ⋅ 10 -9 ⁢⁢ C ⁢ ⋅ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C = 1,248 ⋅ 10 10 ⁢⁢ elektronów ; b. 9,109 ⋅ 10 -31 ⁢⁢ kg ⁢ ⋅ 1,248 ⋅ 10 10 ⁢⁢ elektronów = 1,137 ⋅ 10 -20 ⁢⁢ kg 9,109 ⋅ 10 -31 ⁢⁢ kg ⁢ ⋅ 1,248 ⋅ 10 10 ⁢⁢ elektronów = 1,137 ⋅ 10 -20 ⁢⁢ kg , 1,137 ⋅ 10 -20 ⁢⁢ kg ∕ 2,5 ⋅ 10 -3 ⁢⁢ kg = 4,548 ⋅ 10 -18 = 4,548 ⋅ 10 -16 ⁢⁢ % 1,137 ⋅ 10 -20 ⁢⁢ kg ∕ 2,5 ⋅ 10 -3 ⁢⁢ kg = 4,548 ⋅ 10 -18 = 4,548 ⋅ 10 -16 ⁢⁢ % .

43.

5 ⋅ 10 -9 ⁢ C ⁢ ⋅ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C = 3,121 ⋅ 10 19 ⁢⁢ elektronów 5 ⋅ 10 -9 ⁢ C ⁢ ⋅ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C = 3,121 ⋅ 10 19 ⁢⁢ elektronów ; 3,121 ⋅ 10 19 ⁢⁢ elektronów + 10 12 ⁢⁢ elektronów = 3,121 000 1 ⋅ 10 19 ⁢⁢ elektronów 3,121 ⋅ 10 19 ⁢⁢ elektronów + 10 12 ⁢⁢ elektronów = 3,121 000 1 ⋅ 10 19 ⁢⁢ elektronów .

45.

Masa atomowa miedzi pomnożona przez 1 ⁢⁢ u = 1,055 ⋅ 10 -25 ⁢⁢ kg 1 ⁢⁢ u = 1,055 ⋅ 10 -25 ⁢⁢ kg , liczba atomów miedzi 4,739 ⋅ 10 23 ⁢ 4,739 ⋅ 10 23 ⁢ atomów, liczba elektronów jest równa liczbie atomów pomnożonej przez 29 29, czyli 1,374 ⋅ 10 25 ⁢⁢ elektronów 1,374 ⋅ 10 25 ⁢⁢elektronów, 2 ⋅ 10 -6 ⁢⁢ C ⋅ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C ∕ 1,374 ⋅ 10 25 ⁢⁢ elektronów = 9,083 ⋅ 10 -13 = 9,083 ⋅ 10 -11 ⁢⁢ % 2 ⋅ 10 -6 ⁢⁢ C ⋅ 6,242 ⋅ 10 18 ⁢⁢ elektron ∕ C ∕ 1,374 ⋅ 10 25 ⁢⁢ elektronów = 9,083 ⋅ 10 -13 = 9,083 ⋅ 10 -11 ⁢⁢ % .

47.

244 ⁢⁢ u ⁢ ⋅ 1,66 ⋅ 10 -27 ⁢⁢ kg ∕ u = 4,05 ⋅ 10 -25 ⁢⁢ kg 244 ⁢⁢ u ⁢ ⋅ 1,66 ⋅ 10 -27 ⁢⁢ kg ∕ u = 4,05 ⋅ 10 -25 ⁢⁢ kg , 4 ⁢⁢ kg ∕ 4,05 ⋅ 10 -25 ⁢⁢ kg = 9,877 ⋅ 10 24 4 ⁢⁢ kg ∕ 4,05 ⋅ 10 -25 ⁢⁢ kg = 9,877 ⋅ 10 24 atomów oraz 9,877 ⋅ 10 24 ⋅ ⁢ 94 = 9,284 ⋅ 10 26 9,877 ⋅ 10 24 ⋅ ⁢ 94 = 9,284 ⋅ 10 26 protonów, 9,284 ⋅ 10 26 ⁢ ⋅ 1,602 ⋅ 10 -19 ⁢⁢ C = 1,487 ⋅ 10 8 ⁢⁢ C 9,284 ⋅ 10 26 ⁢ ⋅ 1,602 ⋅ 10 -19 ⁢⁢ C = 1,487 ⋅ 10 8 ⁢⁢ C .

49.

a. F 3 1 = 2,16 ⋅ 10 -4 ⁢ N F 3 1 = 2,16 ⋅ 10 -4 ⁢ N F_{3\sep 1} = \SI{2,16e-4}{\newton} w lewą stronę, F 3 2 = 8,63 ⋅ 10 -4 ⁢ N F 3 2 = 8,63 ⋅ 10 -4 ⁢ N F_{3\sep 2} = \SI{8,63e-4}{\newton} w prawą stronę, F wyp = 6,47 ⋅ 10 -4 ⁢ N F wyp = 6,47 ⋅ 10 -4 ⁢ N F_{\text{wyp}} = \SI{6,47e-4}{\newton} w prawą stronę; b. F 3 1 = 2,16 ⋅ 10 -4 ⁢ N F 3 1 = 2,16 ⋅ 10 -4 ⁢ N F_{3\sep 1} = \SI{2,16e-4}{\newton} w prawą stronę, F 3 2 = 0,96 ⋅ 10 -4 ⁢ N F 3 2 = 0,96 ⋅ 10 -4 ⁢ N F_{3\sep 2} = \SI{0,96e-4}{\newton} w prawą stronę, F wyp = 3,12 ⋅ 10 -4 ⁢ N F wyp = 3,12 ⋅ 10 -4 ⁢ N F_{\text{wyp}} = \SI{3,12e-4}{\newton} w prawą stronę; c. F → 3 1 = − 2,76 ⋅ 10 -5 ⁢ N ⋅ i ̂ − 1,38 ⋅ 10 -5 ⁢ N ⋅ j ̂ F → 3 1 = − 2,76 ⋅ 10 -5 ⁢ N ⋅ i ̂ − 1,38 ⋅ 10 -5 ⁢ N ⋅ j ̂ \vec{F}_{3\sep 1} = -\SI{2,76e-5}{\newton} \cdot \hat{i} - \SI{1,38e-5}{\newton} \cdot \hat{j} , F → 3 2 = − 8,53 ⋅ 10 -4 ⁢ N ⋅ j ̂ F → 3 2 = − 8,53 ⋅ 10 -4 ⁢ N ⋅ j ̂ \vec{F}_{3\sep 2} = - \SI{8,53e-4}{\newton} \cdot \hat{j} , F → wyp = − 2,76 ⋅ 10 -5 ⁢ N ⋅ i ̂ − 8,77 ⋅ 10 -4 ⁢ N ⋅ j ̂ F → wyp = − 2,76 ⋅ 10 -5 ⁢ N ⋅ i ̂ − 8,77 ⋅ 10 -4 ⁢ N ⋅ j ̂ \vec{F}_{\text{wyp}} = -\SI{2,76e-5}{\newton} \cdot \hat{i} - \SI{8,77e-4}{\newton} \cdot \hat{j} .

51.

F = 230,7 ⁢⁢ N F= 230,7 ⁢⁢ N .

53.

F = 53,94 ⁢ N F= 53,94 ⁢ N .

55.

Napięcie nici wynosi T = 0,049 ⁢⁢ N T= 0,049 ⁢⁢ N . Pozioma składowa napięcia wynosi 0,0043 ⁢⁢ N 0,0043⁢⁢N, d = 0,088 ⁢⁢ m d= 0,088 ⁢⁢ m , q = 6,1 ⋅ 10 -8 ⁢⁢ C q= 6,1 ⋅ 10 -8 ⁢⁢ C . Ładunki mogą być dodatnie lub ujemne, ale oba muszą mieć ten sam znak.

57.

Przyjmijmy, że ładunek jednej z tych kulek jest równy r ⁢ Q r⁢Q, gdzie r r jest ułamkiem z przedziału od 0 do 1. Licznik we wzorze Coulomba ma wtedy postać r ⁢ Q ⁢ 1 − r ⁢ Q ⁢ , r⁢Q⁢ 1 − r ⁢Q⁢, co równa się r − r 2 ⁢ Q 2 r − r 2 ⁢ Q 2 . Wyznaczając maksimum tego członu równania, otrzymujemy 1 − 2 ⁢ r = 0 ⇒ r = 1 ∕ 2 1 − 2 ⁢ r = 0 ⇒ r = 1 ∕ 2 .

59.

Jeżeli przyjmiemy, że zwrot w prawo jest zwrotem dodatnim, a w konsekwencji zwrot w lewo jest zwrotem ujemnym, to F = − 0,05 ⁢⁢ N F= − 0,05 ⁢⁢ N .

61.

Cząstki tworzą trójkąt o bokach 13 ⁢⁢ cm 13⁢⁢cm, 13 ⁢⁢ cm 13⁢⁢cm i 24 ⁢⁢ cm 24⁢⁢cm. Składowe x x sił znoszą się, podczas gdy obie cząstki oddalone o 24 ⁢⁢ cm 24⁢⁢cm wnoszą swój przyczynek do składowej y y siły. Oś y y przechodząca przez trzeci ładunek, bedąca symetralną odcinka o długości 24 ⁢⁢ cm 24⁢⁢cm, wyznacza dwa trójkąty prostokątne o bokach 5 ⁢⁢ cm 5⁢⁢cm, 12 ⁢⁢ cm 12⁢⁢cm i 13 ⁢⁢ cm 13⁢⁢cm. F y = 2,56 ⁢⁢ N F y = 2,56 ⁢⁢ N ma zwrot w kierunku − y −y, ponieważ siła jest przyciągająca. Siła wypadkowa od obu ładunków wynosi więc F → wyp = 5,12 ⁢⁢ N ⋅ j ̂ F → wyp = 5,12 ⁢⁢ N ⋅ j ̂ .

63.

Przekątna kwadratu wynosi 2 ⁢ a 2 ⁢a i w związku z tym dla składowych siły pochodzących od ładunku po przekątnej pojawia się czynnik cos θ = 1 ∕ 2 cos θ = 1 ∕ 2 , F → wyp = k ⁢ q 2 ∕ a 2 + k ⁢ q 2 ∕ 2 ⁢ a 2 ⋅ 1 ∕ 2 ⁢ ⋅ i ̂ − k ⁢ q 2 ∕ a 2 + k ⁢ q 2 ∕ 2 ⁢ a 2 ⋅ 1 ∕ 2 ⁢ ⋅ j ̂ F → wyp = k ⁢ q 2 ∕ a 2 + k ⁢ q 2 ∕ 2 ⁢ a 2 ⋅ 1 ∕ 2 ⁢ ⋅ i ̂ − k ⁢ q 2 ∕ a 2 + k ⁢ q 2 ∕ 2 ⁢ a 2 ⋅ 1 ∕ 2 ⁢ ⋅ j ̂ .

65.

a. E = 2 ⋅ 10 -2 ⁢⁢ N ∕ C E= 2 ⋅ 10 -2 ⁢⁢ N ∕ C ; b. E = 2 ⋅ 10 -19 ⁢⁢ N E= 2 ⋅ 10 -19 ⁢⁢ N .

67.

a. E = 2,88 ⋅ 10 11 ⁢⁢ N ∕ C E= 2,88 ⋅ 10 11 ⁢⁢ N ∕ C ; b. E = 1,44 ⋅ 10 11 ⁢⁢ N ∕ C E= 1,44 ⋅ 10 11 ⁢⁢ N ∕ C ; c. F = 4,61 ⋅ 10 -8 ⁢⁢ N F= 4,61 ⋅ 10 -8 ⁢⁢ N na cząstkę α, F = 4,61 ⋅ 10 -8 ⁢⁢ N F= 4,61 ⋅ 10 -8 ⁢⁢ N na elektron.

69.

E → = − 2 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ i ̂ + 3 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ j ̂ E → = − 2 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ i ̂ + 3 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ j ̂ .

71.

F = 3,204 ⋅ 10 -14 ⁢⁢ N F= 3,204 ⋅ 10 -14 ⁢⁢ N , a = 3,517 ⋅ 10 16 ⁢⁢ m ∕ s 2 a= 3,517 ⋅ 10 16 ⁢⁢ m ∕ s 2 .

73.

q = 2,78 ⋅ 10 -9 ⁢⁢ C q= 2,78 ⋅ 10 -9 ⁢⁢ C .

75.

a. E = 1,15 ⋅ 10 12 ⁢⁢ N ∕ C E= 1,15 ⋅ 10 12 ⁢⁢ N ∕ C ; b. F = 1,47 ⋅ 10 -6 ⁢ N F= 1,47 ⋅ 10 -6 ⁢ N .

77.

Jeżeli q 2 q 2 znajduje się po prawej stronie q 1 q 1 , to wektor natężenia pola elektrycznego od obu ładunków jest skierowany w prawo. a. E = 2,7 ⋅ 10 6 ⁢⁢ N ∕ C E= 2,7 ⋅ 10 6 ⁢⁢ N ∕ C ; b. F = 54 ⁢⁢ N F= 54 ⁢⁢ N .

79.

Mamy do czynienia z trójkątem prostokątnym o kątach 45 ⁢ ° 45⁢°. Składowe x x natężenia pola elektrycznego w punkcie y = 3 ⁢⁢ m y= 3 ⁢⁢ m się znoszą. Składowe y y dają E ⁢ y = 3 ⁢⁢ m = 2,83 ⋅ 10 3 ⁢⁢ N ∕ C E ⁢ y = 3 ⁢⁢ m = 2,83 ⋅ 10 3 ⁢⁢ N ∕ C . W początku układu umieszczamy ujemny ładunek o wartości q = -2,83 ⋅ 10 -6 ⁢⁢ C q= -2,83 ⋅ 10 -6 ⁢⁢ C .

81.

E → ⁢ z = 3,6 ⋅ 10 4 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ k ̂ E → ⁢ z = 3,6 ⋅ 10 4 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ k ̂ .

83.

d E = λ ⁢ d x ∕ x + a 2 ⋅ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 d E = λ ⁢ d x ∕ x + a 2 ⋅ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 , E = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ l + a − 1 ∕ a E= λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ l + a − 1 ∕ a .

85.

σ = 0,02 ⁢⁢ C ∕ m 2 σ= 0,02 ⁢⁢ C ∕ m 2 , E = 2,26 ⋅ 10 9 ⁢⁢ N ∕ C E= 2,26 ⋅ 10 9 ⁢⁢ N ∕ C .

87.

W P 1 P 1 : E → = 1 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ L y ⁢ y 2 + L 2 ∕ 4 ⋅ j ̂ = 1 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q a ∕ 2 ⋅ a ∕ 2 2 + L 2 ∕ 4 ⋅ j ̂ = 1 π ⁢ ε 0 ⋅ q a ⁢ a 2 + L 2 E → = 1 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ L y ⁢ y 2 + L 2 ∕ 4 ⋅ j ̂ = 1 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q a ∕ 2 ⋅ a ∕ 2 2 + L 2 ∕ 4 ⋅ j ̂ = 1 π ⁢ ε 0 ⋅ q a ⁢ a 2 + L 2 . W P 2 P 2 : Umieść początek układu na końcu L L. d E = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d x ∕ x + a 2 d E = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d x ∕ x + a 2 , E → = − q ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ l ⋅ 1 ∕ l + a − 1 ∕ a ⁢ i ̂ E → = − q ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ l ⋅ 1 ∕ l + a − 1 ∕ a ⁢ i ̂ .

89.

a. E → ⁡ r → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 2 ⁢ λ z ∕ a ⋅ i ̂ + 2 ⁢ λ y ∕ b ⋅ j ̂ E → ⁡ r → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 2 ⁢ λ z ∕ a ⋅ i ̂ + 2 ⁢ λ y ∕ b ⋅ j ̂ \vec{E} \apply (\vec{r}) = 1/(4\pi \epsilon_0) \cdot [2\lambda_z/a \cdot \hat{i} + 2\lambda_y / b \cdot \hat{j}] ; b. E → ⁡ r → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 2 ⁢ λ z + λ y ∕ c ⋅ k ̂ E → ⁡ r → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 2 ⁢ λ z + λ y ∕ c ⋅ k ̂ \vec{E} \apply (\vec{r}) = 1/(4\pi \epsilon_0) \cdot 2(\lambda_z + \lambda_y)/c \cdot \hat{k} .

91.

a. F → = 3,2 ⋅ 10 -17 ⁢⁢ N ⋅ i ̂ F → = 3,2 ⋅ 10 -17 ⁢⁢ N ⋅ i ̂ , a → = 1,92 ⋅ 10 10 ⁢⁢ m ∕ s 2 ⁢ ⋅ i ̂ a → = 1,92 ⋅ 10 10 ⁢⁢ m ∕ s 2 ⁢ ⋅ i ̂ ; b. F → = − 3,2 ⋅ 10 -17 ⁢⁢ N ⁢ ⋅ i ̂ F → = − 3,2 ⋅ 10 -17 ⁢⁢ N ⁢ ⋅ i ̂ , a → = − 3,51 ⋅ 10 13 ⁢⁢ m ∕ s 2 ⁢ ⋅ i ̂ a → = − 3,51 ⋅ 10 13 ⁢⁢ m ∕ s 2 ⁢ ⋅ i ̂ .

93.

m = 6,5 ⋅ 10 -11 ⁢⁢ kg m= 6,5 ⋅ 10 -11 ⁢⁢ kg , E = 1,6 ⋅ 10 7 ⁢⁢ N ∕ C E= 1,6 ⋅ 10 7 ⁢⁢ N ∕ C .

95.

E = 1,7 ⋅ 10 6 ⁢⁢ N ∕ C E= 1,7 ⋅ 10 6 ⁢⁢ N ∕ C , F = 1,53 ⋅ 10 -3 ⁢⁢ N ⁢ ⁢ T ⁢ cos θ = m ⁢ g ⁢ ⁢ T ⁢ sin θ = q ⁢ E F= 1,53 ⋅ 10 -3 ⁢⁢ N ⁢ ⁢ T ⁢ cos θ = m ⁢ g ⁢ ⁢ T ⁢ sin θ = q ⁢ E , tg θ = 0,62 ⇒ θ = 32 ⁢ ° tg θ = 0,62 ⇒ θ = 32 ⁢ ° , wynik nie zależy od długości nitki.

97.

Łuk: d E x ⋅ − i ̂ = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d s ∕ r 2 ⋅ cos θ ⋅ − i ̂ d E x ⋅ − i ̂ = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d s ∕ r 2 ⋅ cos θ ⋅ − i ̂ , E → x = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − i ̂ E → x = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − i ̂ , d E y ⋅ − i ̂ = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d s ∕ r 2 ⋅ sin θ ⋅ − j ̂ d E y ⋅ − i ̂ = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d s ∕ r 2 ⋅ sin θ ⋅ − j ̂ , E → y = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − j ̂ E → y = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − j ̂ ; Oś y y: E → x = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − i ̂ E → x = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − i ̂ ; Oś x x: E → y = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − j ̂ E → y = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − j ̂ , E → = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − i ̂ + λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − j ̂ E → = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − i ̂ + λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ r ⋅ − j ̂ .

99.

a. W = 1 ∕ 2 ⋅ m ⋅ v 2 − v 0 2 W= 1 ∕ 2 ⋅ m ⋅ v 2 − v 0 2 , Q ⁢ q ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ r − 1 ∕ r 0 = 1 ∕ 2 ⋅ m ⋅ v 2 − v 0 2 ⇒ r 0 − r = 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ∕ Q ⁢ q ⋅ 1 ∕ 2 ⋅ r ⁢ r 0 ⁢ m ⋅ v 2 − v 0 2 Q ⁢ q ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ r − 1 ∕ r 0 = 1 ∕ 2 ⋅ m ⋅ v 2 − v 0 2 ⇒ r 0 − r = 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ∕ Q ⁢ q ⋅ 1 ∕ 2 ⋅ r ⁢ r 0 ⁢ m ⋅ v 2 − v 0 2 ; b. r 0 − r r 0 −r jest ujemne, więc v 0 > v v 0 >v, r ⟶ ∞ r⟶∞ i v ⟶ 0 v⟶0: 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ∕ Q ⁢ q ⋅ − 1 ∕ r 0 = − 1 ∕ 2 ⋅ m ⁢ v 0 2 ⇒ v 0 = Q ⁢ q ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ m ⁢ r 0 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ∕ Q ⁢ q ⋅ − 1 ∕ r 0 = − 1 ∕ 2 ⋅ m ⁢ v 0 2 ⇒ v 0 = Q ⁢ q ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ m ⁢ r 0 .

101.


103.


105.

E x = 0 ⁢⁢ V ∕ m E x = 0 ⁢⁢ V ∕ m , a. E y = 2 ⁢ Q ⁢ a ∕ x 2 + a 2 3 ∕ 2 ⋅ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 E y = 2 ⁢ Q ⁢ a ∕ x 2 + a 2 3 ∕ 2 ⋅ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 , w przypadku kiedy x ≫ a x ≫a to E ≈ Q ⁢ a ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ x 3 E≈ Q ⁢ a ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ x 3 ; b. E y = 4 ⁢ Q ⁢ a ⁢ y ∕ y − a 2 ⋅ y + a 2 ⋅ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 E y = 4 ⁢ Q ⁢ a ⁢ y ∕ y − a 2 ⋅ y + a 2 ⋅ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 , w przypadku kiedy y ≫ a y ≫a to E ≈ Q ⁢ a ∕ π ⁢ ε 0 ⁢ y 3 E≈ Q ⁢ a ∕ π ⁢ ε 0 ⁢ y 3 .

107.

Wypadkowy moment dipolowy jest sumą wektorową pojedynczych momentów dipolowych par O-H. Odległość O-H wynosi 0,9578 angstrema: p → = 1,889 ⋅ 10 -29 ⁢⁢ C ⁢ m ⁢ ⋅ i ̂ p → = 1,889 ⋅ 10 -29 ⁢⁢ C ⁢ m ⁢ ⋅ i ̂ .

Zadania dodatkowe

109.

F → wyp = − 8,99 ⋅ 10 9 ⋅ 3 ⋅ 10 -6 ⋅ 5 ⋅ 10 -6 ∕ 3 ⁢⁢ m 2 − 8,99 ⋅ 10 9 ⋅ 9 ⋅ 10 -6 ⋅ 5 ⋅ 10 -6 ∕ 3 ⁢⁢ m 2 ⋅ i ̂ F → wyp = − 8,99 ⋅ 10 9 ⋅ 3 ⋅ 10 -6 ⋅ 5 ⋅ 10 -6 ∕ 3 ⁢⁢ m 2 − 8,99 ⋅ 10 9 ⋅ 9 ⋅ 10 -6 ⋅ 5 ⋅ 10 -6 ∕ 3 ⁢⁢ m 2 ⋅ i ̂ , − 8,99 ⋅ 10 9 ⋅ 6 ⋅ 10 -6 ⋅ 5 ⋅ 10 -6 ∕ 3 ⁢⁢ m 2 ⋅ j ̂ = − 0,06 ⁢⁢ N ⋅ i ̂ − 0,03 ⁢⁢ N ⋅ j ̂ − 8,99 ⋅ 10 9 ⋅ 6 ⋅ 10 -6 ⋅ 5 ⋅ 10 -6 ∕ 3 ⁢⁢ m 2 ⋅ j ̂ = − 0,06 ⁢⁢ N ⋅ i ̂ − 0,03 ⁢⁢ N ⋅ j ̂ .

111.

Ładunki Q Q i q q tworzą trójkąt prostokątny o bokach 1 ⁢⁢ m 1⁢⁢m i 3 + 3 ⁢ m ⁢ . 3+ 3 ⁢ m ⁢ . Ładunki 2 ⁢ Q 2⁢Q i q q tworzą trójkąt prostokątny o bokach 1 ⁢ m 1⁢m i 3 ⁢⁢ m ⁢ 3 ⁢⁢m⁢. F x = 0,036 ⁢⁢ N ⁢ F x = 0,036 ⁢⁢ N ⁢ , F y = 0,09 ⁢ N F y = 0,09 ⁢ N , F → wyp = 0,036 ⁢⁢ N ⁢ ⋅ i ̂ + 0,09 ⁢ N ⁢ ⋅ j ̂ F → wyp = 0,036 ⁢⁢ N ⁢ ⋅ i ̂ + 0,09 ⁢ N ⁢ ⋅ j ̂ .

113.

W = 0,054 ⁢⁢ J W= 0,054 ⁢⁢ J .

115.

a. E → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ 2 ⁢ a 2 − q ∕ a 2 ⋅ i ̂ E → = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ 2 ⁢ a 2 − q ∕ a 2 ⋅ i ̂ ; b. E → = 3 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ a 2 ⋅ − j ̂ E → = 3 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ a 2 ⋅ − j ̂ ; c. E → = 2 ∕ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ a 2 ⋅ 1 ∕ 2 ⋅ − j ̂ E → = 2 ∕ π ⁢ ε 0 ⋅ q ∕ a 2 ⋅ 1 ∕ 2 ⋅ − j ̂ .

117.

E → = 6,4 ⋅ 10 6 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ i ̂ + 1,5 ⋅ 10 7 ⁢ N ∕ C ⋅ j ̂ E → = 6,4 ⋅ 10 6 ⁢⁢ N ∕ C ⋅ i ̂ + 1,5 ⋅ 10 7 ⁢ N ∕ C ⋅ j ̂ .

119.

F = q ⁢ E 0 ⋅ 1 + x ∕ a ⋅ W = 1 ∕ 2 ⋅ m ⋅ v 2 − v 0 2 F= q ⁢ E 0 ⋅ 1 + x ∕ a ⋅ W = 1 ∕ 2 ⋅ m ⋅ v 2 − v 0 2 , 1 ∕ 2 ⋅ m ⁢ v 2 = q ⁢ E 0 ⋅ 15 ⁢ a ∕ 2 ⁢⁢ J 1 ∕ 2 ⋅ m ⁢ v 2 = q ⁢ E 0 ⋅ 15 ⁢ a ∕ 2 ⁢⁢ J .

121.

Natężenie pola elektrycznego drutu w x x: E → ⁢ x = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 2 ⁢ λ y ∕ x ⋅ i ̂ E → ⁢ x = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 2 ⁢ λ y ∕ x ⋅ i ̂ , d F = λ y ⁢ λ x ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ ln b − ln a d F = λ y ⁢ λ x ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ ln b − ln a .

123.

d E x = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d x ∕ x 2 + a 2 ⋅ x ∕ x 2 + a 2 d E x = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d x ∕ x 2 + a 2 ⋅ x ∕ x 2 + a 2 , E → x = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ L 2 + a 2 − 1 ∕ a ⋅ i ̂ E → x = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ L 2 + a 2 − 1 ∕ a ⋅ i ̂ , d E z = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d x ∕ x 2 + a 2 ⋅ x ∕ x 2 + a 2 d E z = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ λ ⁢ d x ∕ x 2 + a 2 ⋅ x ∕ x 2 + a 2 , E → z = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ a ⋅ L ∕ L 2 + a 2 ⋅ k ̂ E → z = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ a ⋅ L ∕ L 2 + a 2 ⋅ k ̂ . Podstawiając z z zamiast a a, otrzymujemy E → ⁡ z = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ L 2 + z 2 − 1 ∕ z ⋅ i ̂ + λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ z ⋅ L ∕ L 2 + z 2 ⋅ k ̂ E → ⁡ z = λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ 1 ∕ L 2 + z 2 − 1 ∕ z ⋅ i ̂ + λ ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⁢ z ⋅ L ∕ L 2 + z 2 ⋅ k ̂ .

125.

Siła wypadkowa działa tylko w kierunku y y. Niech θ θ będzie kątem, który wektor łączący d x dx z q q tworzy z osią x x. Składowe w kierunku x x znoszą się ze względu na symetrię układu, tak że pozostaje tylko składowa y y siły. d F y = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ a ⁢ q ⁢ λ ⁢ d x ∕ x 2 + a 2 3 ∕ 2 d F y = 1 ∕ 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ a ⁢ q ⁢ λ ⁢ d x ∕ x 2 + a 2 3 ∕ 2 , F y = 1 ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ⁢ λ ∕ a ⋅ l ∕ 2 l ∕ 2 2 + a 2 1 ∕ 2 F y = 1 ∕ 2 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q ⁢ λ ∕ a ⋅ l ∕ 2 l ∕ 2 2 + a 2 1 ∕ 2 .

Cytowanie i udostępnianie
Ponowne wykorzystanie i redystrybucja tej treści w formacie cyfrowym lub drukowanym:
  • Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania dużych modeli językowych ani w żaden inny sposób przetwarzany przez duże modele językowe lub rozwiązania generatywnej sztucznej inteligencji bez uprzedniej pisemnej zgody OpenStax Poland.
  • Ten podręcznik jest wydany na licencji Uznanie autorstwa (CC BY), co oznacza, że możesz ponownie wykorzystywać i modyfikować materiał wyłącznie w celach niekomercyjnych, musisz uznać autorstwo OpenStax Poland oraz musisz rozpowszechniać wszelkie utwory zależne na tej samej licencji.
  • Jakikolwiek komercyjny druk tego podręcznika, w tym z wykorzystaniem lokalnej lub niestandardowej drukarni, wymaga zgody OpenStax Poland oraz podania odpowiedniego cytowania.
  • Obrazy, aktywności, testy i podobne elementy tego podręcznika objęte prawami autorskimi OpenStax Poland podlegają tej samej licencji – CC-BY-NC-SA. Mogą być wykorzystywane w celach niekomercyjnych z uznaniem autorstwa. Użycie komercyjne wymaga zgody.
  • Prośby o zgodę: Każdy, kto zamierza włączyć tę treść (w tym tekst, obrazy i inne elementy) do dużych modeli językowych, wykorzystać ją w rozwiązaniach opartych na sztucznej inteligencji, użyć jej komercyjnie (w tym w druku) i/lub ma pytania dotyczące innego przypadku użycia, może skorzystać z naszego formularza wniosku o ponowne wykorzystanie.
Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej w celach niekomercyjnych, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym w celach niekomercyjnych, dla każdej strony zawierającej treści OpenStax musisz udostępnić utwór zależny na tej samej licencji CC-BY-NC-SA co oryginał oraz na każdym widoku strony umieścić informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
Cytowanie

Poniższe informacje zawierają dane potrzebne do utworzenia cytowania w większości głównych stylów (APA, MLA itp.); musisz przeformatować i zorganizować te informacje zgodnie z wymaganiami danego stylu. Jeśli chcesz zacytować tę książkę, skorzystaj z dostępnych narzędzi do tworzenia wpisów bibliograficznych, jak np.: ten.

© 21 wrz 2022 OpenStax Poland. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY). Nazwa OpenStax Poland i OpenStax, logo OpenStax Poland i OpenStax, okładki OpenStax Poland iOpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo, jak również nazwa i logo Rice University oraz powiązane znaki towarowe i słowne, nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.