НЕСФ 2025, 11. клас — Задача 2. Механично равновесие.
Есенно национално състезание по физика, София, 07 – 09.11.2025 г. — Тема 11. клас (Пета възрастова група) · 7 ноември 2025 г. · 10 т.
Условие
Частица с маса и електричен заряд се движи по вертикален гладък изолиран обръч с радиус (фиг. 2). В най-ниската част на обръча се намира неподвижно закрепено топче с електричен заряд . Действието на силата на тежестта не се пренебрегва.

Полезни тригонометрични равенства:
а) Начертайте силите, която действат на частицата и напишете израз за всяка сила. [5 т.]
б) Определете равновесните положения на частицата. [5 т.]
Отговори
а)
Действат кулоновата сила на отблъскване , силата на тежестта и силата на реакция на опората , насочена към центъра на окръжността; разстоянието между зарядите е .
б)
При отново ; при второто условие определя ъгъл .
Решение
а) На фиг. 1 са показани силите, които действат на частицата в указаното положение.

Това са силата на отблъскване между зарядите , [0,5 т.] силата на тежестта , насочена вертикално надолу, [0,5 т.] и силата на реакция на опората , насочена към центъра на окръжността. [0,5 т.]
Като отчетем, че
и израза за разстоянието между двата заряда
намираме силата
Тъй като силата на тежестта е , [0,5 т.] а силата на реакция на опората не води до преместване в радиално направление, имаме
б) Резултантната сила , която действа по тангенциалното направление, е
В равновесно положение при , трябва да е изпълнено условието , [0,5 т.] т.е. имаме
Последното условие може да се запише във вида
откъдето следва:
- , т.е. [0,5 т.]
- . [0,5 т.]
Когато , намираме отново . [0,5 т.] При , условието 2 определя ъгъл [0,5 т.].
Оригинал в Архива: esenni_2026_11problems.pdf · официални решения: esenni_2026_11solutions.pdf