Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 1812
2017-01-06 
Имеется маятник, состоящий из металлического шарика, подвешенного на длинной шелковой нити. Как изменится период колебаний маятника, если шарик зарядить отрицательно, а другой, положительный, заряд поместить: а) внизу, на одной вертикали с точкой подвеса (рис. а); б) в точке подвеса (рис. б); в) сбоку, на одном уровне с шариком, так, что последний, качаясь, не может прикоснуться к этому заряду (рис. в).
Решение:
а) Когда положительный заряд находится на одной вертикали с точкой подвеса, т. е. ниже шарика маятника, на шарик, кроме силы тяжести, будет действовать сила притяжения к положительному заряду по закону Кулона. Эта сила кулоновского взаимодействия будет давать составляющую, направленную к положению равновесия, тем самым увеличивая возвращающую силу. Таким образом, колебания будут происходить так, как если бы ускорение свободного падения $g$ увеличилось. Поэтому период колебаний маятника уменьшится.
б) Когда положительный заряд помещен в точке подвеса, то сила кулоновского взаимодействия противоположных по знаку зарядов будет всегда направлена вдоль нити, поэтому возвращающая сила не изменится и период колебаний шарика останется прежним.
в) Когда заряд находится сбоку, на одном уровне с наинизшим положением шарика, то сила взаимодействия между зарядами в течение одного полупериода (справа от положения равновесия) будет противоположна возвращающей силе и, следовательно, будет уменьшать ускорение маятника, а в течение другого полупериода (слева от положения равновесия) будет совпадать по направлению с возвращающей силой и, следовательно, будет увеличивать ускорение маятника. Но сила взаимодействия уменьшается с расстоянием и будет в среднем больше при отклонении шарика в сторону заряда (т. е. когда она уменьшает ускорение) и меньше при отклонении шарика в противоположную сторону (т. е. когда она увеличивает ускорение маятника). Поэтому, в конечном счете, заряд, помещенный сбоку, уменьшает ускорение шарика и, следовательно, увеличивает период колебаний маятника. Кроме того» смещается в сторону заряда и среднее положение, около которого будут происходить колебания.
Имеется маятник, состоящий из металлического шарика, подвешенного на длинной шелковой нити. Как изменится период колебаний маятника, если шарик зарядить отрицательно, а другой, положительный, заряд поместить: а) внизу, на одной вертикали с точкой подвеса (рис. а); б) в точке подвеса (рис. б); в) сбоку, на одном уровне с шариком, так, что последний, качаясь, не может прикоснуться к этому заряду (рис. в).
Решение:
а) Когда положительный заряд находится на одной вертикали с точкой подвеса, т. е. ниже шарика маятника, на шарик, кроме силы тяжести, будет действовать сила притяжения к положительному заряду по закону Кулона. Эта сила кулоновского взаимодействия будет давать составляющую, направленную к положению равновесия, тем самым увеличивая возвращающую силу. Таким образом, колебания будут происходить так, как если бы ускорение свободного падения $g$ увеличилось. Поэтому период колебаний маятника уменьшится.
б) Когда положительный заряд помещен в точке подвеса, то сила кулоновского взаимодействия противоположных по знаку зарядов будет всегда направлена вдоль нити, поэтому возвращающая сила не изменится и период колебаний шарика останется прежним.
в) Когда заряд находится сбоку, на одном уровне с наинизшим положением шарика, то сила взаимодействия между зарядами в течение одного полупериода (справа от положения равновесия) будет противоположна возвращающей силе и, следовательно, будет уменьшать ускорение маятника, а в течение другого полупериода (слева от положения равновесия) будет совпадать по направлению с возвращающей силой и, следовательно, будет увеличивать ускорение маятника. Но сила взаимодействия уменьшается с расстоянием и будет в среднем больше при отклонении шарика в сторону заряда (т. е. когда она уменьшает ускорение) и меньше при отклонении шарика в противоположную сторону (т. е. когда она увеличивает ускорение маятника). Поэтому, в конечном счете, заряд, помещенный сбоку, уменьшает ускорение шарика и, следовательно, увеличивает период колебаний маятника. Кроме того» смещается в сторону заряда и среднее положение, около которого будут происходить колебания.
