Точка A расположена на середине отрезка, соединяющего заряды -q и -3q (рис. 36.12). Каким зарядом надо заменить заряд -q, чтобы:
а) напряжённость поля в точке A стала равной пулю;
б) модуль напряжённости поля в точке A стал в 2 раза больше по сравнению с начальным;
в) модуль напряжённости поля в точке A стал в 2 раза меньше по сравнению с начальным?
от

1 Ответ

дано:  
- заряд 1: -q  
- заряд 2: -3q  
- расстояние между зарядами: d  
- точка A находится на середине отрезка, соединяющего заряды (расстояние от каждого заряда до точки A равно d/2).

начальный модуль напряженности в точке A:  
Напряженность поля E, создаваемая каждым зарядом в точке A:  
E1 = k * |-q| / (d/2)^2 = 4k * |q| / d^2  
E2 = k * |-3q| / (d/2)^2 = 12k * |3q| / d^2  

Так как оба заряда отрицательные, направление полей будет направлено к ним. В результате, результирующая напряженность будет:  
E_total = E1 + E2  
E_total = 4k * |q| / d^2 + 12k * |3q| / d^2  
E_total = 16k * |q| / d^2  

найти:  
а) заряд, который нужно подставить вместо -q, чтобы E_total стало равным нулю;  
б) заряд, который нужно подставить вместо -q, чтобы модуль напряженности E_total стал в 2 раза больше начального;  
в) заряд, который нужно подставить вместо -q, чтобы модуль напряженности E_total стал в 2 раза меньше начального.

решение:  

а) Чтобы напряженность поля в точке A стала равной нулю, необходимо, чтобы поле, создаваемое новым зарядом Q, уравновесило поле от заряда -3q:  
E_new = k * |Q| / (d/2)^2 = 12k * |3q| / d^2  
Следовательно:  
|Q| = 12 * 3q = 36q  
Знак заряда Q должен быть положительным, то есть:  
Q = 36q  

б) Чтобы модуль напряженности в точке A стал в 2 раза больше, необходимо, чтобы результирующая напряженность составила 32k * |q| / d^2:  
E_new_total = 32k * |q| / d^2  
Тогда:  
4k * |Q| / d^2 + 12k * |3q| / d^2 = 32k * |q| / d^2  
4|Q| + 12*3 = 32  
4|Q| + 36 = 32  
4|Q| = -4  
|Q| = -1  

Таким образом, новый заряд:  
Q = -1q  

в) Чтобы модуль напряженности в точке A стал в 2 раза меньше, необходима результирующая напряженность в 8k * |q| / d^2:  
E_new_total = 8k * |q| / d^2  
Тогда:  
4k * |Q| / d^2 + 12k * |3q| / d^2 = 8k * |q| / d^2  
4|Q| + 36 = 8  
4|Q| = -28  
|Q| = -7  

Таким образом, новый заряд:  
Q = -7q  

ответ:  
а) Для того чтобы напряженность поля в точке A стала равной нулю, заряд должен составить Q = 36q.  
б) Для того чтобы модуль напряженности поля в точке A стал в 2 раза больше, заряд должен составить Q = -1q.  
в) Для того чтобы модуль напряженности поля в точке A стал в 2 раза меньше, заряд должен составить Q = -7q.
от