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

Lưu ý:

Thời gian đi từ 2 biên vào đến các vị trí đặc biệt:

+ Từ biên về vị trí  $x=\pm \frac{A\sqrt{3}}{2}$ là $\frac{T}{12}$.

+ Từ biên về vị trí  $x=\pm \frac{A\sqrt{2}}{2}$ là $\frac{T}{8}$.

+ Từ biên về vị trí  $x=\pm \frac{A}{2}$ là $\frac{T}{6}$.

+ Từ biên về vị trí cân bằng là $\frac{T}{4}$.

Chú thích:

$\omega$: Tốc độ góc (Tần số góc) $(rad/s)$.

$f$: Tần số dao động $\left(Hz\right)$.

T: Chu kỳ dao động $\left(s\right)$.

$A$: Biên độ dao động $(cm, m)$.

$v$: Vận tốc của chất điểm tại vị trí có li độ $x$ $(cm/s, m/s)$.

$a$: Gia tốc của chất điểm tại vị trí có li độ x $(cm/s^2, m/s^2)$.

$v_{max}$: Vận tốc cực đại của chất điểm $(cm/s, m/s)$.

$a_{max}$: Gia tốc cực đại của chất điểm $(cm/s^2, m/s^2)$.

$x:$ Li độ của chất điểm trong dao động điều hòa $\left(cm\right)$.

Chứng minh các công thức:

+ Từ công thức tính tần sô : $f=\frac{\omega }{2\mathrm{\pi }} \iff \omega =2\pi f$.

+ Từ công thức tính chu kỳ: $T=\frac{2\mathrm{\pi }}{\omega } \iff \omega =\frac{2\mathrm{\pi }}{T}$.

+ Từ công thức vận tốc cực đại và gia tốc cực đại của chất điểm : $\left\{\begin{array}{l}{v}_{max}=\omega A\\ a_{max}={\omega }^{2}A\end{array}\right. \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\frac{a_{max}}{v_{max}}=\frac{{\omega }^{2}A}{\omega A}=\omega \Rightarrow \omega =\frac{a_{max}}{v_{max}}\\ \omega =\frac{v_{max}}{A}\\ \omega =\sqrt{\frac{a_{max}}{A}}\end{array}\right.$

+ Từ công thức độc lập thời gian: $x^2+\frac{v^2}{{\omega }^2}=A^2 \iff \frac{v^2}{{\omega }^2}=A^2-x^2 \iff {\omega }^2=\frac{v^2}{A^2-x^2} \Rightarrow \omega =\frac{\left|v\right|}{\sqrt{A^2-x^2}}$

+ Công thức độc lập thời gian tại từng thời điểm $t_1;t_2$ là:

$\left\{\begin{array}{l}{x}_1^2+\frac{v_1^2}{{\omega }^2}=A^2\\ x_2^2+\frac{v_2^2}{{\omega }^2}=A^2\end{array}\right.\Rightarrow x_1^2+\frac{v_1^2}{{\omega }^2}=x_2^2+\frac{v_2^2}{{\omega }^2}\iff x_1^2-x_2^2=\frac{v_2^2-v_1^2}{{\omega }^2}\Rightarrow \omega =\sqrt{\frac{\left|v_1^2-v_2^2\right|}{\left|x_1^2-x_2^2\right|}}$

Khái niệm:

Tần số của dao động điều hòa là số dao động chất điểm thực hiện được trong một giây.

Chú thích:

$f$: Tần số dao động $(1/s)$ $\left(Hz\right)$.

$\omega$: Tần số góc (tốc độ góc) $(rad/s)$.

$T$: Chu kỳ dao động của vật $\left(s\right)$.

$N$: Số dao động mà chất điểm thực hiện được trong khoảng thời gian $t$.

$t:$ Thời gian thực hiện hết số dao động $\left(s\right)$.

Khái niệm:

Chu kỳ của dao động điều hòa là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần. 

Chú thích:

$T$: Chu kỳ dao động $\left(s\right)$.

$\omega$: Tần số góc (tốc độ góc) $(rad/s)$.

$N$: Số dao động mà chất điểm thực hiện được trong khoảng thời gian $t$.

$t:$ Thời gian thực hiện hết số dao động $\left(s\right)$.

Lưu ý:

Thời gian vật đi được tại các vị trí đặc biệt:

Phát biểu: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều trừ M đến N là $A_{MN}=qEd$, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

Chú thích:

$A_{MN}$: công của lực điện dịch chuyển điện tích từ M đến N $\left(J\right)$

$q$: điện tích dịch chuyển $\left(C\right)$

$E$: cường độ điện trường $(V/m)$

$d=\overline{MH}$ là độ dài đại số, với M là hình chiếu của điểm đầu đường đi, H là hình chiếu của điểm cuối đường đi trên một đường sức $\left(m\right)$

Công thức liên hệ:

$A_{MN}=\overrightarrow{F}.\overrightarrow{s}=Fs\cos \alpha$

Với $F=qE$ và $s\cos \alpha =d$, $\alpha =(\overrightarrow{E},\overrightarrow{s})$