پرسش ۱-۳ فیزیک یازدهم
سه ذرّه باردار مطابق شکل روبه‌رو، در سه گوشه‌ی یک مربع قرار دارند.
الف) جهت نیروی الکتریکی خالص وارد بر بار سمت راست پایینی را تعیین کنید.
ب) اگر ذرّه سمت چپ پایینی به جای $q$، بار $-q$ داشته باشد، جهت نیروی الکتریکی خالص وارد بر بار سمت راست پایینی چگونه خواهد بود؟
پاسخ تشریحی و گام به گام پرسش ۱-۳ فیزیک یازدهم
این یک سؤال خوب برای درک **جمع برداری نیروها** (اصل برهم‌نهی) و نقش **علامت بارها** در جهت نیرو است. فرض می‌کنیم طول ضلع مربع $L$ باشد.
بار مرجع ما، **بار سمت راست پایینی** است که با $+q$ نمایش داده شده است.
### الف) تعیین جهت نیروی خالص (حالت اول)
آرایش بارها در حالت الف:
* بالا چپ: $-q$
* پایین چپ: $+q$
* پایین راست (مرجع): $+q$
**۱. نیروی $F_{۱}$ (نیروی بار بالا چپ $-q$ بر بار مرجع $+q$):**
* نوع بارها: **غیرهم‌نام** (جاذبه).
* جهت نیرو: بار $-q$ در گوشه‌ی بالا چپ، بار $+q$ مرجع را به سمت خود **جذب** می‌کند. جهت نیرو، **مایل به بالا و چپ** (در امتداد قطر) است.
**۲. نیروی $F_{۲}$ (نیروی بار پایین چپ $+q$ بر بار مرجع $+q$):**
* نوع بارها: **هم‌نام** (دافعه).
* جهت نیرو: بار $+q$ در گوشه‌ی پایین چپ، بار $+q$ مرجع را از خود **دور** می‌کند. جهت نیرو، **به سمت راست** است.
**برآیندگیری:**
* نیروی خالص ($ec{F}_{\text{net}}$) مجموع برداری $ec{F}_{۱}$ و $ec{F}_{۲}$ است.
* $ec{F}_{۲}$ کاملاً افقی و به سمت راست است.
* $ec{F}_{۱}$ دارای مؤلفه‌ی **بالا** و **چپ** است.
* از آنجایی که $ec{F}_{۱}$ به سمت چپ است و $ec{F}_{۲}$ به سمت راست، و $ec{F}_{۱}$ به سمت بالا است، برآیند نهایی در ناحیه‌ی **بالا و راست** یا **بالا و چپ** خواهد بود.
* **نکته محاسباتی:** نیروی $F_{۲}$ (در فاصله $L$) از مؤلفه افقی نیروی $F_{۱}$ (در فاصله $\sqrt{۲}L$) **بزرگ‌تر** است. بنابراین، مؤلفه‌ی افقی نهایی **به سمت راست** است.
* **نتیجه نهایی:** جهت نیروی خالص **مایل به بالا و راست** خواهد بود.
### ب) تعیین جهت نیروی خالص (حالت دوم)
آرایش بارها در حالت ب (بار پایین چپ به $-q$ تغییر کرده است):
* بالا چپ: $-q$
* پایین چپ: $\mathbf{-q}$ (تغییر یافته)
* پایین راست (مرجع): $+q$
**۱. نیروی $F_{۱}$ (همان حالت الف):** جاذبه، جهت **مایل به بالا و چپ**.
**۲. نیروی $F_{۲}'$ (نیروی بار پایین چپ $-q$ بر بار مرجع $+q$):**
* نوع بارها: **غیرهم‌نام** (جاذبه).
* جهت نیرو: بار $-q$ جدید در گوشه‌ی پایین چپ، بار $+q$ مرجع را به سمت خود **جذب** می‌کند. جهت نیرو، **به سمت چپ** است.
**برآیندگیری:**
* $ec{F}_{۱}$ دارای مؤلفه‌ی **بالا** و **چپ** است.
* $ec{F}_{۲}'$ کاملاً افقی و **به سمت چپ** است.
* چون هر دو نیرو مؤلفه‌ی **چپ** دارند و فقط $F_{۱}$ مؤلفه‌ی **بالا** دارد، نیروی خالص $ec{F}_{\text{net}}'$ در ناحیه‌ی **بالا و چپ** قرار می‌گیرد.
**نتیجه نهایی:** جهت نیروی خالص **مایل به بالا و چپ** خواهد بود. ⬅️⬆️
