Tres cargas puntuales idénticas, cada una de masa m = 0 .100 kg y carga q cuelgan de tres cuerdas. Si las longitudes de las cuerdas izquierda y derecha son L = 30 cm y el ángulo con vertical es θ = 45 .0 , ¿cuál es el valor de la carga q?

Tres cargas puntuales idénticas, cada una de masa m = 0 .100 kg y carga q cuelgan de tres cuerdas. Si las longitudes de las cuerdas izquierda y derecha son L = 30 cm y el ángulo con vertical es θ = 45 .0 , ¿cuál es el valor de la carga q?
Anonim

La situación como se describe en el problema se muestra en la figura anterior.

Deje que los cargos en cada punto (A, B, C) sean # qC #

En #Delta OAB, / _ OAB = 1/2 (180-45) = 67.5 ^ @ #

Asi que #/_CAB=67.5-45=22.5^@#

# / _ AOC = 90 ^ @ #

Asi que # AC ^ 2 = OA ^ 2 + OC ^ 2 = 2L ^ 2 #

# => R ^ 2 = 2L ^ 2 #

por #Delta OAB, #

# AB ^ 2 = OA ^ 2 + OB ^ 2-2OA * OBcos45 ^ @ #

# => r ^ 2 = L ^ 2 + L ^ 2-2L ^ 2xx1 / sqrt2 = L ^ 2 (2-sqrt2) #

Ahora fuerzas actuando sobre A

Fuerza de repulsión eléctrica de B sobre A

# F = k_eq ^ 2 / r ^ 2 #

Fuerza repulsiva eléctrica de C sobre A

# F_1 = k_eq ^ 2 / R ^ 2 #

dónde # k_e = "Const de Coulomb" = 9xx10 ^ 9Nm ^ 2C ^ -2 #

# F / F_1 = R ^ 2 / r ^ 2 = sqrt2 / (2-sqrt2) = (sqrt2 (2 + sqrt2)) / ((2 + sqrt2) (2-sqrt2)) #

# = (2sqrt2 + 2) / 2 = sqrt2 + 1 #

Y # T = "Tensión en la cuerda" #

Considerando el equilibrio de fuerzas que actúan sobre A podemos escribir

Para fuerzas verticales en A

# Tcos45 + Fsin22.5 = mg #

# => T / sqrt2 = mg-Fsin22.5 …….. 1 #

Para fuerzas horizontales sobre A

# Tsin45 = Fcos22.5 + F_1 #

# => T / sqrt2 = Fcos22.5 + F_1 …….. 2 #

Comparando 1 an 2 obtenemos

# Fcos22.5 + F_1 = mg-Fsin22.5 #

# => Fcos22.5 + Fsin22.5 + F_1 = mg #

# => F (cos22.5 + sin22.5) + F_1 = mg #

# => F (sqrt (cos ^ 2 22.5 + sin ^ 2 22.5 + 2sin22.5xxcos22.5)) + F_1 = mg #

# => F (sqrt (1 + sin45)) + F_1 = mg #

# => F (sqrt (1 + 1 / sqrt2)) + F_1 = mg #

# => F (sqrt ((2 + sqrt2) / sqrt2)) + F_1 = mg #

# => F_1xx (sqrt2 + 1) (sqrt ((2 + sqrt2) / sqrt2)) + F_1 = mg #

# => F_1 (sqrt2 + 1) (sqrt ((2 + sqrt2) / sqrt2)) + 1 = 0.1xx9.81 #

# => F_1xx6.47 = 0.1xx9.81 #

# => k_eq ^ 2 / R ^ 2 = (0.1xx9.81) /6.47~~0.152#

# => q = Rxxsqrt (0.152 / k_e) #

# => q = sqrt2Lxxsqrt (0.152 / k_e) #

# => q = sqrt2xx0.3xxsqrt (0.152 / (9xx10 ^ 9)) C = 1.74muC #