پرسش ۲-۱ فصل دوم فیزیک یازدهم
سه ذرّه باردار مانند شکل روبه‌رو، روی یک خط راست قرار دارند و فاصله‌ی بار سمت راست و چپ از بار میانی برابر است.
الف) جهت نیروی الکتریکی خالص وارد بر بار الکتریکی میانی را تعیین کنید.
ب) اگر ذرّه‌ی سمت راست به جای $q$، بار $-q$ داشته باشد، جهت نیروی الکتریکی خالص وارد بر بار میانی چگونه خواهد بود؟
پاسخ تشریحی و گام به گام پرسش ۲-۱ فصل دوم فیزیک یازدهم
سلام دانش‌آموزان کوشا! این پرسش به شما کمک می‌کند تا مفهوم **نیروی خالص الکتریکی** و تأثیر جهت‌دهی برداری نیروها را بر اساس علامت بارها درک کنید. 💡
### مفروضات
* بار مرجع: بار میانی ($athbf{+q}$)
* بار سمت چپ: $athbf{-q}$
* بار سمت راست (حالت الف): $athbf{+q}$
* فاصله‌ی هر بار کناری تا بار میانی: $r$ (یکسان)
---
## الف) جهت نیروی خالص (حالت اولیه)
نیروی خالص وارد بر بار میانی ($athbf{+q}$) برآیند (مجموع برداری) نیروی بار چپ ($athbf{-q}$) و نیروی بار راست ($athbf{+q}$) است.
**۱. نیروی $F_{\text{چپ}}$ (نیروی $-q$ بر $+q$):**
* **نوع نیرو:** بین بارهای **غیرهم‌نام**، نیروی **جاذبه** است.
* **جهت نیرو:** بار میانی به سمت بار چپ **جذب** می‌شود. جهت $athbf{F_{\text{چپ}}}$ **به سمت چپ** است. ⬅️
**۲. نیروی $F_{\text{راست}}$ (نیروی $+q$ بر $+q$):**
* **نوع نیرو:** بین بارهای **هم‌نام**، نیروی **دافعه** است.
* **جهت نیرو:** بار میانی توسط بار راست **دفع** می‌شود. جهت $athbf{F_{\text{راست}}}$ **به سمت چپ** است. ⬅️
**۳. نیروی خالص ($F_{\text{net}}$):**
* چون بارهای کناری هم‌اندازه و فاصله‌ها یکسان هستند، اندازه‌ی نیروهای $F_{\text{چپ}}$ و $F_{\text{راست}}$ برابر نیستند (چون یکی جاذبه و دیگری دافعه است، اما نیروها در نهایت **هم‌جهت** شده‌اند).
* با توجه به اینکه هر دو نیروی وارد بر بار میانی **به سمت چپ** هستند، اندازه‌های آن‌ها با هم جمع می‌شود:
$$\mathbf{\vec{F}_{\text{net}} = \vec{F}_{\text{چپ}} + \vec{F}_{\text{راست}}}$$
$$\mathbf{\text{نتیجه: جهت نیروی الکتریکی خالص وارد بر بار میانی، به سمت چپ است.}}$$ ⬅️
---
## ب) جهت نیروی خالص (تغییر بار راست)
بار سمت راست به **$-q$** تغییر می‌کند. (آرایش جدید: $-q, +q, -q$)
**۱. نیروی $F_{\text{چپ}}$:**
* **نوع نیرو:** جاذبه.
* **جهت نیرو:** همچنان **به سمت چپ** است. ⬅️
**۲. نیروی $F_{\text{راست}}'$ (نیروی $-q$ بر $+q$):**
* **نوع نیرو:** بین بارهای **غیرهم‌نام**، نیروی **جاذبه** است.
* **جهت نیرو:** بار میانی به سمت بار راست **جذب** می‌شود. جهت $athbf{F_{\text{راست}}'}$ **به سمت راست** است. ➡️
**۳. نیروی خالص ($F_{\text{net}}'$):**
* در این حالت، دو نیرو **در خلاف جهت** یکدیگر هستند.
* از آنجا که هر دو بار کناری هم‌اندازه ($athbf{|-q|}$) و در فاصله‌ی یکسان $(r)$ از بار میانی قرار دارند، **اندازه‌ی نیروهای جاذبه** نیز باید برابر باشند: $athbf{|F_{\text{چپ}}| = |F_{\text{راست}}'|}$.
* بنابراین، برآیند دو بردار مساوی که در خلاف جهت هم هستند، **صفر** خواهد شد:
$$\mathbf{\vec{F}_{\text{net}}' = \vec{F}_{\text{چپ}} + \vec{F}_{\text{راست}}' = ۰}$$
$$\mathbf{\text{نتیجه: جهت نیروی الکتریکی خالص وارد بر بار میانی، صفر خواهد بود (نیروی خالص صفر است).}}$$ ⚡
