Thư Viện Công Thức Vật Lý

Vì điện tích trôi lơ lửng nên lực điện trường cân bằng với trọng lực.

Điều kiện cân bằng: $\overrightarrow{F} +\overrightarrow{P }= 0\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow \overrightarrow{P }\\ F = P\end{array}\right.$

TH1. $\overrightarrow{E}$ hướng lên

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích dương để $\overrightarrow{F} \nearrow \nearrow \overrightarrow{E} (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

TH2. $\overrightarrow{E}$ hướng xuống

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích âm để $\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

Điều kiện cân bằng:

$\overrightarrow{T}+ \overrightarrow{F_{đ}} + \overrightarrow{P} =\overrightarrow{0}$

=> $T = F_{đ} +P$

Từ hình: $\overrightarrow{F_{đ}} \perp \overrightarrow{P}$=> $T = \sqrt{{F^2}_{đ} + P^2}$

Ta có: $F = k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}\Rightarrow q_1{q}_2=\pm \frac{ F{r}^2}{k}$ (1)

Mặc khác: $q_1$+ $q_2$ = $m$ (2)

Từ (1) và (2) ta thấy  $q_1$ và $q_2$ là nghiệm của phương trình:

 $$\begin{gathered} x^2 -(q_1 + q_2)x + q_1{q}_2 = 0 \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{x}_1 = a\\ x_2 = b\end{array}\right. \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{q}_1 = a\\ q_2 = b\end{array}\right.hoặc \left\{\begin{array}{l}{q}_1 = b\\ q_2 = a\end{array}\right. \end{gathered}$$

Dựa vào dữ kiện đề cho để xác định $q_1$ và $q_2$.

Xét ba điện tích $q_1,q_2$ và điện tích $q_3$ , vị trí đặt $q_3$ để lực Coulomb tổng hợp tại $q_3$ triệt tiêu

TH1: $q_1.q_2>0$

Điều kiện cân bằng : $\overrightarrow{F_{13}}+\overrightarrow{F_{23}}=\overrightarrow{0}$$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F_{13}}\nearrow \swarrow \overrightarrow{F_{23}} \left(1\right)\\ F_{13}=F_{23} \left(2\right)\end{array}\right.$

Từ $\left(1\right)$ suy ra : $q_3$ nằm trong và trên đường thẳng nối $q_1$ và $q_2$ 

Từ $\left(2\right)$ ta được: 

$$\begin{gathered} \frac{k\left|q_1{q}_3\right|}{x^2}=\frac{k\left|q_2{q}_3\right|}{{\left(d-x\right)}^2} \\ \iff {\left(d-x\right)}^2=\left|\frac{q_2}{q_1}\right|.x^2 \\ \iff x=\frac{d}{\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}+1} hay x=\frac{d}{1-\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}} \end{gathered}$$

Loại x<0

TH2: $q_1.q_2<0$

Để lực Coulomb tổng hợp tại $q_3$ bằng 0 : $\overrightarrow{F_{13}}+\overrightarrow{F_{23}}=\overrightarrow{0}$

Vì $q_1$ và $q_2$ trái dấu nên $q_3$ nằm ngoài và trên đường thẳng nối $q_1$ và $q_2$ ,nằm xa với điện tích có độ lớn lớn hơn.

$$\begin{gathered} F_{13}=F_{23} \\ \iff {\left(d+x\right)}^2=\left|\frac{q_2}{q_1}\right|x^2 \\ \iff x=\frac{d}{\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}-1}hay x=\frac{-d}{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|+1} \end{gathered}$$

Loại x <0

Cả hai trường hợp ta đều thấy để $q_3$ cân bằng không phụ thuộc điện tích $q_3$

I.Lực Coulomb trong điện môi

a/Định nghĩa điện môi : Điện môi là môi trường cách điện không cho dòng điện đi qua.

Ví dụ : dầu , không khí khô.

b/Định nghĩa hằng số điện môi $\epsilon$: Hằng số điện môi là đại lượng đặc trưng cho lực điện tác dụng trong môi trường điện môi và phụ thuộc vào môi trường điện môi.

Ví dụ : trong không khí điện môi bằng 1 , điện môi của thạch anh là 4,5

c/Lực Coulumb trong môi  điện môi

$F_1=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{\epsilon r^2}=\frac{F_0}{\epsilon }$

Lực Coulumb của các hạt điện tích trong môi trường điện môi có độ lớn nhỏ hơn $\epsilon$ lần lực Coulumb giữa các hạt điện tích trong môi trường không khí

$T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$ ; $T\text{'}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}+∆\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$

$\Rightarrow \frac{T\text{'}}{T}=\sqrt{1+\frac{∆m}{m}}$

Với $T\text{'}:$Chu ki con lắc lúc sau $\left(s\right)$

       $T :$Chu kì con lắc ban đầu $\left(s\right)$

        $m:$Khối lượng ban đầu $\left(kg\right)$

        $∆m$: Độ tăng giảm khối lượng 

Khi con lắc lò xo treo thẳng đứng có $∆l_0>A$.Thì lò xo luôn bị dãn.

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=T\\ t_{nén}=0\end{array}\right. ; ∆l_0>A$

Với $t_{dãn}:$Thời gian lò xo dãn trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$t_{nén}$: Thời gian lò xo nén trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$T$: Chu kỳ dao động của con lắc lò xo$\left(s\right)$

Khi con lắc lò xo treo thẳng đứng có $∆l_0<A$.Thì lò xo có thể bị dãn hoăc nén

Lò xo bị dãn khi đi từ $-∆l_0$ về VTCB  ra biên + và ngược lại

Lò xo bị nén khi đi từ $-∆l_0$ ra biên - và ngược lại

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=\frac{T}{\mathrm{\pi }}\left(arc\sin \left(\frac{∆l_0}{A}\right)\right)+\frac{T}{2}\\ t_{nén}=T-t_{nén}\end{array}\right.$

Với $t_{dãn}:$Thời gian lò xo dãn trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$t_{nén}$: Thời gian lò xo nén trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$T$: Chu kỳ dao động của con lắc lò xo$\left(s\right)$

$∆l_0$Độ biến dạng tại VTCB $\left(m\right)$

$A$Biên độ của dao động$\left(m\right)$

Với $T_{ss}$ : Chu kì con lắc lò xo mắc song song $\left(s\right)$

       $f_{ss}:$ Tần số lò xo mắc song song

Chú ý: Khi có n lò xo có cùng độ cứng $k$

$k_{nt}=nk$ suy ra $T_{ss}=\frac{T}{\sqrt{n}}$;$f_{ss}=f\sqrt{n}$

Chu kì của lò xo mắc nối tiếp:

${T_{nt}}^2={T_1}^2+{T_2}^2$

Tần số

$\frac{1}{{f_{nt}}^2}=\frac{1}{{f_1}^2}+\frac{1}{{f_2}^2}$

Chú ý: Khi có n lò xo có cùng độ cứng $k$

$k_{nt}=\frac{k}{n}$ suy ra $T_{nt}=T\sqrt{n}$ , $f_{nt}=\frac{f}{\sqrt{n}}$