Найти ускорение молекулы воды, вызванное электрической силой

Это задание по физике, а именно из раздела электростатики.

Дано:

• Расстояние от заряда до молекулы воды, \( r = 10 \, \text{см} = 0.1 \, \text{м} \),
• Заряд, \( q = 1 \, \text{мкКл} = 1 \times 10^{-6} \, \text{Кл} \).

Задача - найти ускорение молекулы воды, вызванное электрической силой. Для этого сначала определим силу, действующую на молекулу воды, а затем воспользуемся вторым законом Ньютона, чтобы найти ускорение.

Шаг 1: Определим заряд молекулы воды

Для решения задачи важно знать, что у молекулы воды (например, в качестве диполя) нет чистого заряда, но она может испытывать электрические силы за счет взаимодействия с внешним электрическим полем. Если не указана дополнительная информация о зарядах, которые взаимодействуют, упростим задачу, предполагая, что электрическая сила действует на один из дипольных зарядов молекулы воды.

Для грубого приближения можем предполагать, что эта сила равняется силе взаимодействия точечного заряда с элементарным зарядом \( e = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл} \).

Шаг 2: Найдем силу Кулона

Сила, действующая на заряд, определяется законом Кулона:

\[ F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2} \]

где:

• \( F \) — сила,
• \( k_e = 9.0 \times 10^9 \, \text{Н} \cdot \text{м}^2 / \text{Кл}^2 \) — электростатическая постоянная,
• \( q_1 = 1 \times 10^{-6} \, \text{Кл} \),
• \( q_2 = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл} \),
• \( r = 0.1 \, \text{м} \).

Подставим значения в формулу:

\[ F = 9.0 \times 10^9 \times \frac{(1 \times 10^{-6} \times 1.6 \times 10^{-19})}{(0.1)^2} \]

\[ F = 9.0 \times 10^9 \times \frac{1.6 \times 10^{-25}}{0.01} \]

\[ F = 9.0 \times 10^9 \times 1.6 \times 10^{-23} = 1.44 \times 10^{-13} \, \text{Н} \]

Шаг 3: Определим ускорение по второму закону Ньютона

Теперь найдём ускорение молекулы воды, используя второй закон Ньютона:

\[ F = ma \]

где:

• \( m \) — масса молекулы воды (\( m \approx 3 \times 10^{-26} \, \text{кг} \)),
• \( a \) — ускорение, которое нужно найти.

Отсюда:

\[ a = \frac{F}{m} = \frac{1.44 \times 10^{-13}}{3 \times 10^{-26}} \]

\[ a = 4.8 \times 10^{12} \, \text{м}/\text{с}^2 \]

Ответ:

Ускорение молекулы воды составит примерно \( 4.8 \times 10^{12} \, \text{м}/\text{с}^2 \).