Известно, что потенциальная энергия тела (заряда) может изменяться за счет работы по перемещению тела, совершаемой консервативной силой, действующей со стороны полям:
dA dWp
.
В электростатическом поле на заряд q со стороны поля действует
сила Кулона
F qE
. Тогда работа dA, совершаемая электрическим полем
E
, равна работе силы Кулона при малом перемещении
dl
в пространстве заряда q (рис. 3)
dA (F dl ) q(E dl ) q(E dx E dy E dz)
x y z
.
Работа dA, совершаемая потенциальным полем, приводит к изменению потенциальной энергии dWp заряженного тела
dz
z
dy
y
dx
x
dA dWp qd q .
Из сопоставления этих выражений для работы dA видно, что связь
между напряженностью и потенциалом электростатического поля имеет
вид
x
Ex
,
y
Ey
,
z
Ez
или
E grad
.
Градиент (grad) скалярной
функции – это вектор, направленный в
сторону наиболее быстрого возрастания функции, равный по модулю производной от функции по этому
направлению. Следовательно, напряженность электрического поля
направлена в сторону наиболее
быстрого убывания потенциала.
Единицы измерения потенциала: В (вольт).
Из выражения
dA q(E dl )
следует, что работа по перемещению
заряда вдоль линии напряженности электрического поля
E dl
||
максимальна
dA q E dl . А работа по перемещению заряда перпендикулярно
напряженности электрического поля
E dl
минимальна
dA 0.
Интегрируя выражение
dA q(E dl ) qd
Дано:
dL1 = 0,8 см = 0,008 м
m1 = 4 кг
m2 = 20 кг
g = 10 м/с²
Найти:
dL2 = ?
Сила упругости Fупр. = -k*dL, возникающая в пружине динамометра, уравновешена с силой тяжести Fт = mg, действующей на прикреплённый к крюку груз. Т.е., согласно Третьему закону Ньютона:
Fупр. = - Fт
Модули сил будут равны:
Fупр. = Fт
Тогда
Fупр. = mg
Значит, мы можем узнать значение силы упругости и в случае груза, массой 4 кг, и в случае груза, массой 20 кг:
Fупр.1 = m1g
Fупр.2 = m2g
Далее приравняем жёсткости пружин, т.к. это единственная величина, которая не меняется. Затем выразим искомое dL2 и найдём его:
k = Fупр. / dL - берём модуль, поэтому без минуса
k = k
Fупр.1 / dL1 = Fупр. / dL2
m1g / dL1 = m2g / dL2
dL2 = m2g / (m1g / dL1) = (m2g*dL1) / m1g = (20*10*0,008) / 4*10 = 20*0,08 / 40 = 1,6 : 40 = 0,04 м = 4 см
ответ: 4 см.
