Question

Шарик массой 4,5 г с зарядом 0,1 мкКл помещен в масло плотностью 800 кг/м3. Плотность материала шарика 1500 кг/м3. Определите напряженность электрического поля (в кВ/м), в которое следует поместить шарик, чтобы он находился в равновесии, g = 10 м/с2

Answer 1

Вес шарика в масле должен уравновешиваться силой кулоновского взаимодействия.
Вес шарика в масле равен разности его веса в воздухе = 4,5×10∧(-2) ньютон и выталкивающей архимедовой силы. 
Выталкивающая сила равна весу масла в объёме шарика.
Поэтому сначала ищем объём шарика. Он равен частному от деления массы шарика на плотность шарика.
Vшарика = 4,5×10∧(-3)/1,5×10∧(-3) = 3×10∧(-6)м³.
Тогда величина архимедовой силы равна
 3×10∧(-6)×800 = 0,24×10∧(-2) ньютон.
Вес шарика в масле равен (4,5 - 0,24)×10∧(-2) = 4,26×10∧(-2) ньютон.
Именно эту силу должна уравновесить сила кулоновского взаимодействия, равная произведению напряжённости поля на заряд шарика.
Е×10∧(-7)Кл = 4,26×10∧(-2) ньютон.
Е = 4,26×10∧(-2)/10∧(-7) = 426 кВ/м.

Ответ: напряжённость поля равна 426 кВ/м.