23.14 (26.14). Пластины плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии
d = 3 см друг от друга. Размеры пластин много больше расстояния между пластинами. В пространстве между пластинами падает капля жидкости. Масса капли 4 мг, её заряд
q = 0,2 нКл. При каком напряжении на пластинах конденсатора скорость капли будет постоянной? Влиянием воздуха на движение капли пренебречь.
Ответ: ____ В.
Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат (https://web-physics.ru/smf/index.php?msg=238) / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат (https://web-physics.ru/smf/index.php?msg=928) / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).
Решение. На каплю будут действовать сила тяжести
m·
g и сила
F, с которой электростатическое поле действует на заряд. Так как заряд капли
q > 0, а сверху пластина с зарядом
qпл > 0, то сила
F направлена вниз (напряженность
E электрического поля конденсатора направлена вниз). При таком направлении силы
F скорость капли никогда не будет постоянной.
Следовательно, или в задаче учитываем перезарядку конденсатора и ответ будет отрицательным, или в рисунке ошибка, и рисунок должен быть такой (см. рисунок 1).
Теперь напряженность
E будет направлена вверх, сила
F так же вверх и может скомпенсировать силу тяжести. Ось 0
Y направим вверх (см. рисунок).
Так как капля движется равномерно, то ускорение
a = 0 и второй закон Ньютона примет вид:
\[m \cdot \vec{a}=0= \vec{F}+m \cdot \vec{g},\ \ 0Y:\ \ 0=F-m \cdot g,\]
где \( F=q \cdot E,\ \ E=\frac{U}{d}. \) Тогда
\[m \cdot g=q \cdot E=q \cdot \frac{U}{d},\ \ U=\frac{m \cdot g \cdot d}{q},\]
Ответ: 6000 В.