НПСФ 2025, 10. клас — Задача 2. Електростатика
Национално пролетно състезание по физика 2025, тема за IV състезателна група (10. клас) · 14 март 2025 г. · 10 т.
Бележка от източника
Всички задачи са съставени от две независими части!
Условие
Част I (3 т.)
Интензитетът на електричното поле над земната повърхност е насочен вертикално надолу и големината му е . Малко топче има отрицателен заряд с големина и първоначално е неподвижно. Топчето развива скорост с големина , след като изминава разстояние . Намерете масата на топчето, като разгледате всички възможни случаи. Земното ускорение е . Съпротивлението на въздуха да се пренебрегне.
Част II
Две еднакви малки теглилки са закачени на еднакви изолирани безмасови пружини по начина, показан на фигурата вляво. Коефициентът на еластичност на пружините е . В началото теглилките не са заредени и разстоянието между тях е . Дадено е, че след като лявата теглилка е заредена положително с неизвестен заряд , а дясната теглилка е заредена отрицателно със заряд с неизвестна големина (), равновесното разстояние между теглилките става . След това теглилките са свързани помежду си с тънък незареден проводник за много кратко време, при което техните заряди почти мигновено стават еднакви по знак и големина. Новото равновесно разстояние между теглилките е . Константата на Кулон е . Триенето се пренебрегва.

а) Определете големините на зарядите и преди свързването. [6 т.]
б) На колко е равна сумарната сила, която действа на всяка една от теглилките, непосредствено след свързването? [1 т.]
Решение
Част I
Зарядът на топчето е отрицателен, а полето е насочено надолу, така че електричната сила ще е нагоре. Тъй като посоката на сумарната сила не е определена, ще разгледаме и двата случая – движение нагоре и надолу. Уравнението на Нютон за движение на топчето нагоре е . [0,5 т.] Оттук . [1 т.] За движение надолу и . [1,5 т.]
Част II
а) В началото пружините не са разтегнати или свити. След зареждането теглилките се привличат със сили , които се уравновесяват от еластичните сили. [0,5 т.] Ако означим разтеженията на пружините с , то . [0,5 т.] От условието за равновесие следва, че . [0,5 т.] След свързването зарядите се преразпределят и теглилките стават отрицателно заредени със заряд . [0,5 т.] В този случай теглилките се отблъскват и пружините са свити с , така че . [0,5 т.] От условието за равновесие следва, че . [1 т.] Оттук следва, че . [0,5 т.] Като заместим в предишното условие за равновесие, ще получим квадратното уравнение . [0,5 т.] Положителният корен на уравнението е . [1 т.] Съответно . [0,5 т.]
б) Веднага след свързването на всяка една теглилка действа сумарна сила . [1 т.]
Оригинал в Архива: proletni_2025_10problems.pdf · официални решения: proletni_2025_10solutions.pdf