Порядок выполнения задания 2:

Перед вами на экране монитора должны быть три заряда (красный Q₁, синий Q₂ и светло-зеленый Q₃) и в левом нижнем углу в текстовом окне настоящее описание лабораторной работы, которое должно находиться постоянно в поле зрения во время выполнения заданий. Добавьте четвертый темно-зеленый заряд Q₄. Если по каким-либо причинам указанные заряды отсутствуют, то с помощью кнопок панели инструментов поместите их на экран.

"Включите" измерительную сетку, которая обеспечит вам необходимую точность при начальной установке зарядов.

Теперь для реализации условий задания, соответствующих вашему варианту, необходимо провести следующие действия.

1. С помощью левой кнопки мыши перетащите красный заряд Q₁ в точку (X₁,Y₁), синий заряд Q₂ - в точку (X₂,Y₂), светло-зеленый заряд Q₃ - в точку (X₃,Y₃) и темно-зеленый заряд Q₄ - в центр равностороннего треугольника - точку (X₄,Y₄) из вашего варианта.

Следует помнить, что это предварительная, грубая установка зарядов, а поэтому необходимо перейти к следующей - точной.

2. Для точной установки зарядов сначала откройте окно "Параметры зарядов" с помощью пункта "Параметры зарядов" в ниспадающем меню "Свойства". После этого необходимо "переписать" данные вашего варианта в окно "Параметры зарядов". Обратите особое внимание на то, чтобы X и Y-координаты всех зарядов точно соответствовали вашему варианту.

а) Начните с красного заряда Q₁. Для этого в окне "Параметры зарядов" с помощью маленьких кнопок со стрелками переключателя "вверх-вниз" установите справа от слов "Заряд" номер заряда "1". В последующих нижних полях с помощью аналогичных переключателей установите точные значения Q₁, X₁ и Y₁. Остальные поля, кроме массы заряда (ее не изменяйте), должны содержать нули.

б) Поставьте в окошке переключателя "Заряд" цифру "2", соответствующую синему заряду Q₂. Установите точные значения Q₂, X₂ и Y₂ в соответствующих полях, не изменяя массы заряда.

в) В окошке переключателя "Заряд" поставьте цифру "3", соответствующую светло-зеленому заряду Q₃. Установите точные значения Q₃, X₃ и Y₃ в соответствующих полях, не изменяя массы заряда.

г) Наконец, в окошке переключателя "Заряд" поставьте цифру 4, соответствующую темно-зеленому заряду Q₄. Установите точные значения X₄ и Y₄, а величину Q₄ поставьте любую с учетом того, что знак заряда Q₄ противоположен знаку остальных зарядов.

Теперь откройте пункт "Сила Кулона" в ниспадающем меню "Вид" (это можно сделать также, щелкнув мышью по кнопке F на панели инструментов). Вы увидите на зарядах желтые стрелки. Стрелка указывает направление силы, действующей на заряд, а в появившемся окне "Сила Кулона" приводится значение величины этой силы для заряда Q₄.

3. Итак, теперь параметры всех четырех зарядов соответствуют вашему варианту задания, и вы можете проводить измерения. Кроме четырех зарядов с желтыми стрелками, перед вами должны находиться три раскрытых окна: окно "Описание лабораторной работы", окно "Параметры зарядов" с параметрами темно-зеленого заряда Q₄ и окно "Сила Кулона" со значением силы, действующей на заряд Q₄, находящийся в центре равностороннего треугольника.

Как вам известно из курса лекций, темно-зеленый заряд Q₄, находящийся в центре равностороннего треугольника, будет уравновешивать противоположные по знаку заряды, находящиеся в вершинах треугольника в том случае, если сумма сил, действующих на каждый из четырех зарядов со стороны трех других, будет равна нулю.

Следовательно, вам необходимо медленно изменять величину темно-зеленого заряда Q₄ и следить за тем, как изменяется направление желтых стрелок на зарядах, находящихся в вершинах треугольника. Положению равновесия системы из четырех зарядов соответствует то значение заряда Q₄, при котором стрелки на всех зарядах (в том числе и на заряде Q₄) исчезают (т.е. все равнодействующие будут равны нулю).

Для точного определения значения величины Q₄, соответствующей равновесию системы зарядов, необходимы следующие ваши действия:

а) в окне "Параметры зарядов" с помощью маленьких кнопок со стрелками переключателя "вверх-вниз" справа от слов "Величина (нКл)" непрерывно изменяйте Q₄, наблюдая за изменением при этом направлений желтых стрелок на зарядах, расположенных в вершинах треугольника, и направлением стрелки на заряде Q₄. Зафиксируйте ту узкую область значений Q₄, где стрелка на заряде Q₄ (а также на каждом из остальных зарядов системы) исчезнет или ее направление изменится на противоположное;

б) в узкой области значений заряда Q₄, где направление силы Кулона меняет знак, определите точное значение Q₄, соответствующее равновесию системы. Для этого единичными щелчками левой кнопки мыши, когда курсор находится на маленьких кнопках переключателя "вверх-вниз" "Величина (нКл )", найдите такое значение заряда Q₄, при котором у него (а также у каждого из зарядов в вершинах треугольника) желтая стрелка отсутствует или меняет направление на противоположное и в окне "Сила Кулона" имеется минимальное (близкое к нулю) значение силы, действующей на темно-зеленый заряд Q₄. Это значение в окне "Параметры зарядов" справа от "Величина (нКл)" и есть искомое значение Q₄. Запишите его в лабораторную тетрадь как результат измерения Q₄;

в) исследуйте, устойчиво ли найденное положение равновесия. Равновесие называется устойчивым, если при смещении заряда, например, Q₄ от положения равновесия возникают силы, возвращающие его в положение равновесия.

Результат своего исследования занесите в лабораторную тетрадь.

г ) Для проверки правильности выбранного значения Q₄ проведите следующий эксперимент. "Выключите" сетку, закройте окна "Параметры зарядов" и "Сила Кулона".

Приведите заряды в движение, используя кнопку на панели инструментов (или пункт "Старт" в ниспадающем меню "Движение"). Если в течение 5 секунд заряды находятся практически на месте и только затем начинают медленно выходить из состояния равновесия, то значение заряда Q₄ найдено верно.

Перепишите ваш вариант следующего задания в тетрадь и приступайте к выполнению пункта “Порядок выполнения задания 3”.

Задание 3. Четыре одинаковых заряда Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q₄ закреплены в вершинах квадрата с координатами соответственно (X₁,Y₁), (X₂,Y₂), (X₃,Y₃) и (X₄,Y₄). Найти силу F, действующую на заряд Q₄ со стороны остальных зарядов системы, и ее компоненты по осям X и Y.

Величина и координаты зарядов указаны ниже:

Вариант № 1

Q₁ = 8000 нКл; X₁ = -1; Y₁ = -1;

Q₂ = 8000 нКл; X₂ = -1; Y₂ = 1;

Q₃ = 8000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = 8000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = -1.

Вариант № 2

Q₁ = 4000 нКл; X₁ = -1; Y₁ = -1;

Q₂ = 4000 нКл; X₂ = -1; Y₂ = 1;

Q₃ = 4000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = 4000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = -1.

Вариант № 3

Q₁ = 2000 нКл; X₁ = -1; Y₁ = -1;

Q₂ = 2000 нКл; X₂ = -1; Y₂ = 1;

Q₃ = 2000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = 2000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = -1.

Вариант № 4

Q₁ = 9000 нКл; X₁ = 0; Y₁ = 0;

Q₂ = 9000 нКл; X₂ = 0; Y₂ = 1;

Q₃ = 9000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = 9000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = 0.

Вариант № 5

Q₁ = 5000 нКл; X₁ = 0; Y₁ = 0;

Q₂ = 5000 нКл; X₂ = 0; Y₂ = 1;

Q₃ = 5000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = 5000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = 0.

Вариант № 6

Q₁ = 3000 нКл; X₁ = 0; Y₁ = 0;

Q₂ = 3000 нКл; X₂ = 0; Y₂ = 1;

Q₃ = 3000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = 3000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = 0.

Вариант № 7

Q₁ = -7000 нКл; X₁ = -1; Y₁ = -1;

Q₂ = -7000 нКл; X₂ = -1; Y₂ = 1;

Q₃ = -7000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = -7000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = -1.

Вариант № 8

Q₁ = -5000 нКл; X₁ = -1; Y₁ = -1;

Q₂ = -5000 нКл; X₂ = -1; Y₂ = 1;

Q₃ = -5000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = -5000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = -1.

Вариант № 9

Q₁ = -1000 нКл; X₁ = -1; Y₁ = -1;

Q₂ = -1000 нКл; X₂ = -1; Y₂ = 1;

Q₃ = -1000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = -1000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = -1.

Вариант № 10

Q₁ = -6000 нКл; X₁ = 0; Y₁ = 0;

Q₂ = -6000 нКл; X₂ = 0; Y₂ = 1;

Q₃ = -6000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = -6000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = 0.

Вариант № 11

Q₁ = -4000 нКл; X₁ = 0; Y₁ = 0;

Q₂ = -4000 нКл; X₂ = 0; Y₂ = 1;

Q₃ = -4000 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = -4000 нКл; X₄ = 1; Y₄ = 0.

Вариант № 12

Q₁ = -1500 нКл; X₁ = 0; Y₁ = 0;

Q₂ = -1500 нКл; X₂ = 0; Y₂ = 1;

Q₃ = -1500 нКл; X₃ = 1; Y₃ = 1;

Q₄ = -1500 нКл; X₄ = 1; Y4 = 0.