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[Risolto] Problema fisica num 82

  

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Una particella di carica $q$ e massa $m$ viene lasciata libera da un punto $P$ posto a metà tra le facce di un condensatore piano mantenute a una differenza di potenziale costante $V$, come nel. la figura. I valori numerici sono: $d=10 \mathrm{~cm} ; m=1,0 \mu \mathrm{g}$; $q=1,0 \mu \mathrm{C} ; V=1,0 \mathrm{~V}$.
- A quale distanza in verticale $(h)$ dal punto $P$ deve essere praticato un foro su una faccia del condensatore in modo che la particella carica ci passi attraverso?
(Olimpiadi della Fisica 2007, gara di secondo livello)
$[4,9 \mathrm{~cm}]$

20240218 172455
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La particella è soggetta a due forze: una è la forza dovuta al campo elettrico che la spinge verso una faccia del condensatore, l'altra è la forza di gravità che la spinge verso il basso.

In un condensatore a facce piane e parallele la relazione che lega la d.d.p. tra le armature e il campo elettrico è $\Delta V \, = \, E \cdot d$

di conseguenza $E \, = \, \dfrac{\Delta V}{d}$

La forza elettrostatica $F_{e}$ vale $E \cdot q \, = \, \dfrac{\Delta V \cdot q}{d}$ che imprime un'accelerazione $a \, = \, \dfrac{F}{m} \, = \, \dfrac{\Delta V \cdot q}{d \cdot m} \, = \, \dfrac{1 \, V \cdot 10^{-6} \, C}{0,1 \, m \cdot 10^{-6} \, kg} \, = \, 10 \frac{m}{s^{2}}$

Calcolo il tempo che impiega per percorre la distanza $\dfrac{d}{2}$

$\dfrac{d}{2} \, = \, \dfrac{1}{2} a \cdot t^{2}$

$t^{2} \, = \, \dfrac{d}{a}$

Conosco $t^{2}$ e adesso posso calcolare quanto spazio $h$, verso il basso, la carica $q$ di massa $m$ percorre attratta dalla forza di gravità:

$h \, = \, \dfrac{1}{2}g \cdot t^{2}  \, = \, \dfrac{1}{2}g \cdot \dfrac{d}{a}$     dove $g \, = \, 9,81 \frac{m}{s^{2}}$

$h \, = \, \dfrac{1}{2} \cdot 9,81 \frac{m}{s^{2}} \cdot 0,01 \, s^{2} \, = \, 0,049 \, m \, = \, 4,9 \, cm$



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