‫הפקולטה למדעי הטבע‬ ‫המחלקה לפיזיקה‬ ‫קורס ‪ :‬פיזיקה ‪2‬‬ ‫מטענים‪,‬חוק קולון ושדה חשמלי‬ ‫מהו הרכיב האופקי והאנכי של הכוח החשמלי הפועל על המטען הימני העליון שבאיור ?‬ ‫‪.1‬‬ ‫נתון‪.a = 5 cm ,q = 1.0 * 10-7 C :‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪kq ‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪ ; Fy  2  2 ‬‬ ‫תשובה‪ :‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪-q‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪kq‬‬ ‫‪a2‬‬ ‫‪Fx  ‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪-2q‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫‪+2q‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪ .2‬אם סה"כ הכוח הפועל על המטען ‪ Q‬הוא אפס‪ ,‬מהו ‪ Q‬במושגים של ‪? q‬‬ ‫‪q 2‬‬ ‫תשובה‪:‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪+q‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪ .3‬שני חלקיקים חופשיים בעלי מטען ‪ +q‬ו‪ +4q -‬נמצאים במרחק ‪ L‬האחד מהשני‪ .‬המטען השלישי ממוקם‬ ‫כך שהוא נמצא במצב של שיווי משקל‪ .‬מצא את המיקום‪ ,‬את המטען ואת הסימן של המטען השלישי‪.‬‬ ‫תשובה‪ L / 3 :‬מהמטען ‪ q‬במרחב שבין שני המטענים‪.‬‬ ‫‪ .4‬שני כדורים זהים טעונים כל אחד במטען ‪, Q‬ובעלי מסה ‪ M=40g‬כל אחד‬ ‫תלויים ע"י שני חוטים בעלי אורך ‪ L=80cm‬וחסרי מסה‪ .‬במצב של שיווי משקל‬ ‫הזווית בניהם הוא ‪ . 600‬מהו הערך של המטען ‪? Q‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫תשובה‪4.1C :‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫ארבעה מטענים יושבים על קודקודי המלבן בעל צלעות ‪ a‬ו ‪ .2a‬מהו הכוח שפועל על המטען היושב במרכז‬ ‫המלבן ?‬ ‫‪16kq‬‬ ‫תשובה‪:‬‬ ‫‪5 5a 2‬‬ ‫‪Fx  0 , Fy  ‬‬ ‫‪-q‬‬ ‫‪7q‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪-5q‬‬ ‫‪3q‬‬ ‫‪1‬‬ ‫הפקולטה למדעי הטבע‬ ‫המחלקה לפיזיקה‬ ‫קורס ‪ :‬פיזיקה ‪2‬‬ ‫‪ .6‬באטום מימן אלקטרון מסתובב סביב פרוטון במעגל בעל רדיוס ‪ . a0  5.29  10 11 m‬מטען האלקטרון‬ ‫והמסה שלו הם ‪ m  9.11  1031kg‬ו ‪ . q  1.6  10 19 C‬מהי המהירויות הקווית‬ ‫‪v‬‬ ‫? כמה סיבובים‬ ‫הלקטרון מבצע בשנייה אחת?‬ ‫תשובה‪6.6  1015 sec1,2.2  106 m / s :‬‬ ‫‪ .7‬על פני שעון יושבים מטענים ‪  q,2q,3q,...,12q‬באופן קבוע ואחד אחד נמצא במקום המתאים לספרה‬ ‫שלו‪ .‬באיזו שעה מחוג השעון יפנה בכיוון השדה החשמלי השורר במרכז השעון? (רמז‪ :‬התחשב בשקול של‬ ‫המטענים על אותו האלכסון)‬ ‫‪ .8‬ע"י אינטגרציה מצא את השדה החשמלי של מוט חצי אינסופי‬ ‫‪A‬‬ ‫טעון בצפיפות מטען אורכית ‪ ‬בנקודות ‪ A‬ו ‪.B‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪k‬‬ ‫‪k‬‬ ‫תשובה‪xˆ  yˆ  :‬‬ ‫‪EB ‬‬ ‫‪xˆ ; E A ‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪ .9‬אותו הדבר לגבי הנקודה ‪ C‬שבשרטוט‬ ‫‪a‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪‬‬ ‫תשובה‪ :‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪k ‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪a ‬‬ ‫‪a 2  b2‬‬ ‫‪, Ey ‬‬ ‫‪k‬‬ ‫‪a 2  b2‬‬ ‫‪Ex ‬‬ ‫‪ .11‬חשב את השדה החשמלי של טבעת ברדיוס ‪ ,R‬הטעונה בצפיפות מטען קווית אחידה ‪ , λ‬במרחק ‪ Z‬מעל‬ ‫מרכזה‪ .‬מה יקרה אם ‪ R‬שואף לאפס ?‬ ‫‪1‬‬ ‫‪Rz‬‬ ‫תשובה‪:‬‬ ‫‪2 0 R 2  z 2 3 / 2‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪E y  E x  0 , Ez ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪y‬‬ ‫‪2‬‬ ‫הפקולטה למדעי הטבע‬ ‫המחלקה לפיזיקה‬ ‫קורס ‪ :‬פיזיקה ‪2‬‬ ‫‪ .11‬חשב את השדה החשמלי לאורך ציר ‪ Z‬של טבעת ברדיוס ‪ R‬שנמצאת‬ ‫במרכז מישור ‪ ,XY‬הטעונה בצפיפות מטען קווית ‪ λ‬עבור ‪, y>0‬‬ ‫‪‬‬ ‫וצפיפות מטען (‪ )– λ‬עבור ‪.y<0‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪R 2‬‬ ‫תשובה‪:‬‬ ‫‪E y  Ez  0 , Ex  ‬‬ ‫‪2 0 R 2  z 2 3 / 2‬‬ ‫‪ ‬‬ ‫‪ .12‬חשב את השדה החשמלי שנוצר ע"י דיסקה בעלת רדיוס ‪ R‬שטעונה בצפיפות שטחית של מטען ‪‬‬ ‫בנקודה שנמצאת בגובה ‪ z‬מעל מרכזה‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪z‬‬ ‫‪ 1 ‬‬ ‫תשובה‪ :‬‬ ‫‪2 0 ‬‬ ‫‪R2  z 2 ‬‬ ‫‪E y  E x  0 , Ez ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪y‬‬ ‫‪3‬‬