так как шарики с зарядом  q  каждый сначала находятся на расстоянии  l  друг от друга, то силу отталкивания между ними  f0  можно найти из закона кулона по такой формуле: 
  f0=kq2l2(1) 
 изначально каждый из шариков будет находиться в равновесии под действием трёх сил:  силы тяжести  mg, силы натяжения нити  t0  и силы кулоновского отталкивания  f0  (смотрите левую часть схемы к решению). учитывая (1), запишем первый закон ньютона в проекции на оси  x  и  y: 
  ⎧⎩⎨t0⋅cosα=mgt0⋅sinα=kq2l2 
 поделим нижнее равенство системы на верхнее, тогда получим: 
  tgα=kq2mgl2(2) 
 после того как один из шаров разрядят, между шарами исчезнет сила отталкивания, они придут в движении и, столкнувшись, разделят заряд  q  одного из шариков поровну (то есть теперь на каждом из шаров заряд равен  q2). далее шары опять разойдутся так, что расстояние между ними станет равным  l  (смотрите правую часть схемы). теперь сила отталкивания между шариками  f  по закону кулона равна: 
  f=kq24l2(3) 
 теперь на каждый шарик действуют три силы:  сила тяжести  mg, сила натяжения нити  t  и сила кулоновского отталкивания  f. шарики опять находятся в равновесии, поэтому, учитывая (3), опять запишем  первый закон ньютона в проекциях на оси координат: 
  ⎧⎩⎨t⋅cosβ=mgt⋅sinβ=kq24l2 
 аналогично поделим нижнее равенство на верхнее: 
  tgβ=kq24mgl2(4) 
 теперь поделим (2) на (4): 
  tgαtgβ=kq2⋅4mgl2mgl2⋅kq2 
  tgαtgβ=4l2l2 
 в условии сказано, что  шарики подвешены на длинных нитях, значит углы  α  и  β  — малые, поэтому справедливо равенство  sinα≈tgα  и  sinβ≈tgβ. тогда: 
  sinαsinβ=4l2l2 
 из рисунка понятно, что  sinα=l2a  и  sinβ=l2a  (здесь  a  — длина нити), значит: 
  l⋅2a2a⋅l=4l2l2 
  ll=4l2l2 
  4l3=l3 
  l=l4–√3 
 посчитаем ответ: 
  l=0,054–√3=0,031м 
Популярные вопросы