Для решения задачи по нахождению напряжённости электрического поля в средней точке между двумя точечными зарядами, воспользуемся законом Кулона и принципом суперпозиции полей.
Даны:
- Заряд ( q_1 = +4 \times 10^{-9} ) Кл,
- Заряд ( q_2 = -5 \times 10^{-9} ) Кл,
- Расстояние между зарядами ( r = 60 ) см ( = 0.60 ) м.
Средняя точка находится на расстоянии ( r/2 = 0.30 ) м от каждого заряда. Напряжённость электрического поля ( \vec{E} ) в этой точке будет суммой напряжённостей от каждого заряда.
Напряжённость электрического поля от точечного заряда ( q ) на расстоянии ( r ) определяется как:
[ E = \frac{k \cdot |q|}{r^2} ]
где ( k ) — электрическая постоянная (( k \approx 8.99 \times 10^9 ) Н·м²/Кл²).
Рассчитаем напряжённости от каждого заряда в средней точке:
Напряжённость ( \vec{E}_1 ) от заряда ( q_1 ) на расстоянии 0.30 м:
[ E_1 = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot 4 \times 10^{-9}}{(0.30)^2} ]
[ E_1 = \frac{35.96 \times 10^0}{0.09} ]
[ E_1 = 399.56 \, \text{Н/Кл} ]
Напряжённость ( \vec{E}_2 ) от заряда ( q_2 ) на расстоянии 0.30 м:
[ E_2 = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot 5 \times 10^{-9}}{(0.30)^2} ]
[ E_2 = \frac{44.95 \times 10^0}{0.09} ]
[ E_2 = 499.44 \, \text{Н/Кл} ]
Так как заряды ( q_1 ) и ( q_2 ) имеют противоположные знаки, их поля будут направлены в противоположные стороны. В средней точке между зарядами поле ( \vec{E}_1 ) от положительного заряда будет направлено в сторону отрицательного заряда, а поле ( \vec{E}_2 ) от отрицательного заряда — в сторону положительного заряда.
Таким образом, напряжённости ( \vec{E}_1 ) и ( \vec{E}2 ) складываются по модулю:
[ E{\text{сумм}} = E_1 + E2 ]
[ E{\text{сумм}} = 399.56 \, \text{Н/Кл} + 499.44 \, \text{Н/Кл} ]
[ E_{\text{сумм}} = 899 \, \text{Н/Кл} ]
Итак, напряжённость электрического поля в средней точке между двумя зарядами составляет 899 Н/Кл.