Drei identische Punktladungen mit jeweils einer Masse von m = 0,1100 kg und Ladung q hängen an drei Saiten. Wenn die Längen der linken und rechten Saite L = 30 cm sind und der Winkel mit der Vertikalen θ = 45 .0 ist, wie lautet der Ladungswert q?

Drei identische Punktladungen mit jeweils einer Masse von m = 0,1100 kg und Ladung q hängen an drei Saiten. Wenn die Längen der linken und rechten Saite L = 30 cm sind und der Winkel mit der Vertikalen θ = 45 .0 ist, wie lautet der Ladungswert q?
Anonim

Die im Problem beschriebene Situation ist in der obigen Abbildung dargestellt.

Lassen Sie die Gebühren für jede Punktgebühr (A, B, C) sein # qC #

Im #Delta OAB, / _ OAB = 1/2 (180-45) = 67,5 ^ @ #

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

# / _ AOC = 90 ^ @ #

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

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

Zum #Delta OAB, #

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

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

Jetzt Kräfte, die auf A wirken

Elektrische Abstoßungskraft von B auf A

# F = k_eq ^ 2 / r ^ 2 #

Elektrische Abstoßungskraft von C auf A

# F_1 = k_eq ^ 2 / R ^ 2 #

woher # k_e = "Coulombs 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 = sqrt2 + 1 #

Und # T = "Spannung am String" #

Unter Berücksichtigung des Kräftegleichgewichts von A können wir schreiben

Für vertikale Kräfte auf A

# Tcos45 + Fsin22.5 = mg #

# => T / sqrt2 = mg-Fsin22.5 …….. 1 #

Für horizontale Kräfte auf A

# Tsin45 = Fcos22.5 + F_1 #

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

Beim Vergleich von 1 und 2 erhalten wir

# 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 ^ 22,5 + sin ^ 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~~0.152#

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

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

# => q = sqrt2xx0.3xxsqrt (0,152 / (9xx10 ^ 9)) C = 1,74 muc #