Консультация № 159838
07.02.2009, 11:02
0.00 руб.
0 4 3
Уважаемые Эксперты, как складывать напряженности, образованные зарядами разных знаков? Где-то написано, что напряженности складывают с учетом знака, а в других источниках сначала находят сумму квадратов напряженностей, а затем извлекают корень. Так как же правильно? Всегда ли надо учитывать знак или можно просто находить сумму квадратов напряженностей и извлекать корень? Заранее спасибо.

Обсуждение

давно
Академик
20764
1861
07.02.2009, 12:17
общий
Это векторные величины. И складываются они соответственно.
Неизвестный
07.02.2009, 13:20
общий
это ответ
Здравствуйте, Flyyer!
Ответ на вопрос:
Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от него определяется без учета знака заряда, а именно: Е = |q|/(4*π*ε0*ε*r^2). Обратите внимание! В числи-теле абсолютная величина заряда. Поэтому правилен второй вариант.
Неизвестный
07.02.2009, 17:01
общий
это ответ
Здравствуйте, Flyyer!
По-моему так:
Напряженности это векторные величины, а для вычисления векторов есть разные методы.
То что Вы написали
"сначала находят сумму квадратов напряженностей, а затем извлекают корень"
наверное это искаженный пересказ метода,
когда находят проекции исходных векторов на оси координат, а затем результирующий вектор находят по теореме Пифагора.
E= sqrt((E1x+E2x)^2+(E1y+E2y)^2)
но там в квадраты надо возводить алгебраические суммы, то есть с учетом знака.
И если E1x и E2x одинаковы по величине, но разные по знаку (направлены в разные стороны), то будет ноль.

____________________________
Иногда проще находить результирующую напряженность не разлагая векторы по координатам, а используя теорему косинусов.

Чтобы было понятнее я покажу на примере решения задачки.
Даны заряды
qa (Кл)
qb (Кл)
Расстояние между зарядами
ab (м)
Найти напряженность в точке 'c', расстояние от этой точки до зарядов
ac (м)
bc (м)

Для решения задачки надо нарисовать треугольник abc.
Из точки 'c' рисуем векторы напряженностей Ea_ и Eb_ создаваемых зарядами 'qa', 'qb'.
(нижними штрихами я попытался заменить стрелочки над буквами для обозначения векторов)

Вектор E_ направлен от заряда 'q', если заряд плюсовой,
и к заряду 'q', если заряд отрицательный.

Результирующий вектор будет являться суммой векторов от каждого заряда.
E_= Ea_+Eb_
Складывать нада используя правила сложения для векторов.


Для нахождения этой суммы надо сначала найти угол в точке 'c' по правилу косинусов:
ab^2= ac^2+ bc^2- 2*ac*bc*cos(c)
(ab, bc, ac= длины сторон треугольника, a,b,c= углы при вершинах)

с= arccos((ac^2+bc^2-ab^2)/(2*ac*bc)) (рад)

А затем результирующий вектор можно найти еще раз использовав формулу косинусов
E^2= Ea^2+ Eb^2- 2*Ea*Eb*cos(pi-c)
Обратите внимание, что теперь косинус берется не от 'c', а от (pi-c)!

E= sqrt(Ea^2+ Eb^2- 2*Ea*Eb*cos(pi-arccos((ac^2+bc^2-ab^2)/(2*ac*bc)))
Обратите внимание, что в этой формулы мы используем не векторы, а их величины.
Причем можно не делать различия для случаев зарядов разной полярности, при подстановки величин зарядов в формулу с учетом знаков, получится правильный результат.
__________________________
Например
qa= 3 (Кл)
qb= 5 (Кл)
ab= 7 (м)
ac= 11 (м)
bc= 13 (м)
c= arccos((11^2+13^2-7^2)/(2*11*13))= 0,5686 (рад)
Ea= qa/(4*pi*e0*ac^2)= 3/(4*pi*8.854e-12*11^2)= 2,23E8 (В/м)
Eb= qb/(4*pi*e0*bc^2)= 5/(4*pi*8.854e-12*13^2)= 2,66E8
E= sqrt(2.23e8^2+2.66e8^2-2*2.23e8*2.66e8*cos(pi-0.5686))= 4,70E8

а если один будет отрицательный, например
qa= 3
qb= -5
то
Ea= 2,23E8 (В/м), плюс означает, что вектор направлен от заряда
Eb= -2,66E8 (В/м), минус означает, что вектор направлен к заряду

E= sqrt(2.23e8^2+2.66e8^2-2*2.23e8*(-2.66e8)*cos(pi-0.5686))= 1,43E8 (В/м)
Неизвестный
08.02.2009, 11:10
общий
это ответ
Здравствуйте, Flyyer!
Эксперт Baybak прав - в общем случае вектора нужно складывать по теореме косинусов, при этом знак заряда влияет на направление вектора, и, смена знака одного из зарядов эквивалентна тому, что угол a между векторами меняется на 180-а. Просто складывать напряженности с учетом знака можно только тогда, когда вектора коллинеарны, т.е. лежат на одной прямой. Что касается складывания векторов по теореме Пифагора, то это справедливо лишь в частном случае, когда вектора взаимоперпендикулярны, тогда cos(a)=0 и теорема косинусов перетекает в теорему Пифагора. Еще стоит добавить, что все эти методы позволяют найти модуль результирующей напряженности, а получение аналитического выражения для самого вектора (через орты i,j,k) является более сложной задачей, когда оба складываемых вектора разлагаются на проекции и далее производится суммирование проекций. Но этого, в задачах, как правило не требуется.
Форма ответа