نیروی بین دو بار: نیرویی که دو بار q2,q1 از فاصله r بر هم وارد می کنند طبق قانون عمل و عکس العمل با هم مساوی بوده و از رابطه زیر بدست می آید.
:K ثابت کولنی :r فاصله بین دو بار (متر) :q بار الکتریکی (C )
اگر دو بار هم نام باشند یکدیگر را دفع و اگر ناهمنام باشند (یکی مثبت و دیگری منفی) یکدیگر را جذب می کنند.
تذکر: چون در رابطه فوق کمیت جرم وجود ندارد پس جرم بارها نقشی در محاسبه نیروی بین آنها ندارد. واحد اصلی بار کولن است پس تبدیل واحدهای زیر را یادآوری می کنیم.
H مثال 1: دو بار q2,q1 که به ترتیب می باشند در فاصله 3cm از هم قرار دارند اگر جرم بار q1، سه برابر جرم بار q2 باشد، نیروی بین دو بار چند نیوتن بوده و شتابها را مقایسه نمایید.
J نکته 1:
H مثال 2: دو بار مساوی q2,q1 از فاصله r بر هم نیروی f وارد می کنند اگر یکی از بارها را نصف و فاصله را 3 برابر کنیم نیروی جدید چند f می شود؟
H مثال 3: دو بار مساوی q2,q1 از فاصله r بر هم نیروی f وارد می کنند اگر 2 میکروکولن از یکی از بارها کم کرده و به دیگری اضافه نماییم نیروی جدید می شود این بارهای مساوی چند میکروکولن بوده اند؟
روش حل تستهای نیرو: برای حل تستهایی که بارها روی خط واصل قرار دارند یا در گوشه ها و مرکز شکلهای هندسی هستند مراحل زیر را طی می کنیم.
1- ابتدا باید نیروی وارد از طرف بار q1 بر روی بار q3 را محاسبه کنیم و تعیین کنیم که این نیرو جاذبه است یا دافعه. اگر جاذبه بود، سرفلش یا انتهای برداری که در محل q3 است به طرف q1 می باشد و این نشان می دهد که q3 به طرف q1 جذب می‌شود و اگر دافعه باشد سر فلش از q1 دور می شود. این نیرو را f13 می نامیم
2- مرحله اول را برای بار q2 نیز تکرار می کنیم این نیرو را f23 می نامیم.
3- اگر این بردارها (f23,f13) همسو بودند آنها را جمع و اگر ناهمسو بودند از هم کم می کنیم تا برایند بدست آید.
H مثال 4: در دو حالت مختلف ابتدا بار q3 را مطابق (شکل الف) در 1cm سمت چپ بار q1 و سپس مطابق (شکل ب) در 1cm سمت راست بار q1 قرار داده ایم برایند نیروها در کدام حالت کمتر است؟ (بارها میکروکولن است)
یادآوری: شرط تعادل کلیه اجسام و یا یک ذره باردار این است که دو نیروی مساوی ناهمسو به آن وارد شود در اینصورت برایند آنها صفر می شود و آن بار به صورت ساکن و تعادل قرار می گیرد.
J نکته 2: اگر بخواهیم بار سومی مثل q3 را تحت تأثیر نیروهای وارد از طرف بارهای q1 و q2 به تعادل برسانیم طوری که در حال سکون باشد دو حالت زیر را در نظر می‌گیریم.
1- اگر دو بار q2,q1 همنام باشند بار q3 می تواند در نزدیکی بار کوچکتر (از لحاظ قدر مطلقی) در نقطه ای بین فاصله دو بار به تعادل برسد.
2- اگر بارهای q2,q1 ناهمنام باشند بار q3 در نزدیکی بار کوچکتر و در نقطه ای خارج از فاصله بین دو بار به تعادل می رسد.
H مثال 5: در چند سانتی متری بار کوچکتر بار q3 به تعادل می رسد؟
J نکته 3:
H مثال 6: در چند سانتی متری بار کوچکتر بار سوم می تواند به حالت سکون باشد؟
یادآوری: هرگاه دو بردار مساوی باشند برایندشان از رابطه زیر بدست می آید اما به طور خلاصه اگر زاویه بین این دو بردار به تریتب 60 و 90 و 120 باشد برایند به ترتیب و و f می باشد. f یکی از بردارهای مساوی است.
H مثال 7: در شکل زیر هر ضلع مثلث 3cm است برایند نیروهای وارد بر بار q3 چند نیوتن است؟
H مثال 8: در شکل زیر برایند نیروهای وارد بر بار q3 چند نیوتن است؟
میدان الکتریکی: در اطراف هر بار الکتریکی میدان الکتریکی وجود دارد که توسط خطوطی نشان داده می شود می توانیم بردار میدان را جایگزین این خطوط کنیم بردار میدان برای بار مثبت رو به بیرون و برای بار منفی رو به داخل بار است.
در شکل الف یک دو قطبی الکتریکی (که بارهای مثبت و منفی مساوی دارند) و در شکل ب خطوط میدان الکتریکی بارهای مثبت و منفی را می بینید که بار مثبت بزرگتر است زیرا تراکم خطوط در نزدیکی بار مثبت بیشتر است.
مفهوم میدان الکتریکی: در شکل زیر یک دایره، میدان الکتریکی ناشی از بار q را نشان می دهد این میدان به بار +q0 نیرو وارد می‌آورد. (بار +q0 بار آزمون است که باری بسیار کوچک و مثبت فرض می شود از میدان الکتریکی این بار صرفنظر می‌شود). هرچه بار q0 از بار q دورتر شود، میدان کاهش پیدا می کند. بنابراین نیروی وارد بر این بار نیز کمتر می شود. می بینید که نیروی f با بردار میدان E همسو است زیرا بار q0 مثبت است.
در حل تستهای میدان روش 90 کاربردی ندارد زیرا فقط یک بار داریم. واحد میدان را با نیوتن بر کولن نشان می‌دهند.
روش حل تستهای میدان که دارای شکل هستند:
1- ابتدا بار +q0 (بار آزمون) را در نقطه مورد نظر (به طور فرضی) قرار می‌دهیم (بقیه مراحل از این به بعد شبیه نیروهاست).
2- اثر جاذبه یا دافعه را به صورت بردارهایی روی بار q0 نشان می دهیم (به صورت بردار میدان نشان می دهیم ).
H مثال 9: در فاصله 2cm از بار q میدان الکتریکی 36 نیوتن بر کولن است اگر 4cm دیگر از این نقطه در همان راستا دور شویم میدان الکتریکی چند نیوتن بر کولن می شود؟
H مثال 10: در وسط فاصله بین دو بار برایند میدانها چند نیوتن بر کولن است؟
J نکته 4: با حل مثال 10 نتیجه می گیریم که اگر فواصل با هم مساوی باشند (وسط پاره خط ها) میدانها با بارها متناسب هستند یعنی اگر بار q1 میدان 107 ایجاد می کند بار q2 که مقدارش 4 برابر q1 است میدان ایجاد می کند سپس چون (q2=4q1) است بنابراین (E2=4E1) است در نقاطی مانند مرکز مربع یا دایره و محل تقاطع میانه های ملث متساوی الاضلاع نیز بارها با میدانها متناسب هستند زیرا فاصله این نقاط تا گوشه های جسم به یک اندازه است.
H مثال 11: اگر بار q در مرکز مربع میدان E ایجاد کند میدان برایند ناشی از 4 باری که در گوشه ها قرار دارند درمرکز مربع چند E است؟
H مثال 12: سه بار نقطه ای همنام و مساوی در سه نقطه C,B,A قرار دارند اگر AC=BC=AB باشد شدت میدان الکتریکی در مرکز دایره چند نیوتن بر کولن است؟
شامل 12 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود جزوه الکتریسیتة ساکن
