Точечный заряд q = –1 нкл массой m = 1 г, подвешенный в поле силы тяжести на невесомой нерастяжимой нити длиной l = 50 см, вращается в горизонтальной плоскости по окружности радиусом r=20 cм. точка a подвеса нити находится на вертикальном бесконечно длинном стержне, равномерно заряженном с линейной плотностью заряда λ = 3 нкл. найти частоту n вращения заряда вокруг стержня. ускорение свободного падения g = 9,81 м/c2, электрическая постоянная ε0 = 8,85·10-12 ф/м.
Дано:
S=0,5 см2, I=3 А, V0=1 см3, N0=4⋅1022, υ−?
Решение задачи:
Чтобы решить эту задачу, воспользуемся таким понятием, как плотность тока.
Плотность тока j равна отношению силы тока I к площади поперечного сечения S, то есть:
С другой стороны существует формула, которая связывает плотность тока j с концентрацией электронов n и скоростью их упорядоченного движения υ:
j=neυ
Здесь e – модуль заряда электрона, равный 1,6·10-19 Кл.
При этом концентрацию электронов мы можем найти из следующего отношения, ведь в условии сказано, что в объеме металла V0 содержится N0 свободных электронов:
n=N0V0
Тогда:
j=N0V0eυ(2)
Приравняем (1) и (2):
N0eυV0=IS
υ=IV0N0eS
Задача решена, подставим данные задачи в СИ и посчитаем ответ:
υ=3⋅10–64⋅1022⋅1,6⋅10–19⋅0,5⋅10–4=9,38⋅10–6м/с=9,38мкм/с
ответ: 9,38 мкм/с.
сила тяжести груза mg=60нmg=60н значительно больше силы, с которой надо тянуть веревку, чтобы удержать груз. это определяется существенными силами трения веревки о бревно. сначала силы трения препятствуют соскальзыванию груза под действием силы тяжести. полный расчет распределения сил трения, действующих на веревку, довольно сложен, поскольку сила натяжения веревки в местах ее соприкосновения с бревном меняется от f1f1 до mgmg. в свою очередь сила давления веревки на бревно также меняется, будучи пропорциональной в каждой точке соответствующей локальной силе натяжения веревки. соответственно и силы трения, действующие на веревку, определяются именно указанными силами давления. однако для решения достаточно заметить, что полная сила трения fтрfтр (слагающие которой пропорциональны в каждой точке силе реакции бревна) будет с соответствующими коэффициентами пропорциональна силам натяжения веревки на концах; в частности, с некоторым коэффициентом kk она будет равна большей силе натяжения: fтр=kmgfтр=kmg. это означает, что отношение большей силы натяжения к меньшей есть величина постоянная для данного расположения веревки и бревна: mg/t1=1/(1−k)mg/t1=1/(1−k), поскольку t1=mg−kmgt1=mg−kmg. когда мы хотим поднять груз, концы веревки как бы меняются местами. сила трения теперь направлена против силы t2t2 и уже не , а мешает. отношение большей силы натяжения, равной теперь t2t2, к меньшей - mgmg будет, очевидно, таким же, как и в первом случае: t2/mg=1/(1−k)=mg/t1t2/mg=1/(1−k)=mg/t1. отсюда находим, что t2=(mg)2/t1=90н источник: