Esercizio elettrostatica , help

Polis2
Buon giorno.

Vorrei riuscire a risolvere questo esercizio , chiedo cortesemente il vostro aiuto.

Nei vertici di un quadrato A B C D, di lato 20 cm, sono poste quattro cariche elettriche puntiformi di
valore q A=2×10^(-8) C, q B=4×10^(-8 )C, q C= -4×10^(-8) C, q D= -2×10^(-8)C. Calcolare la forza agente su una
carica q=3×10^6 C posta in O,punto di intersezione delle diagonali del quadrato. Calcolare inoltre il
lavoro che si compie per spostare la carica q da O ad H,punto di mezzo del lato AD.
(Soluzione: F=1.14 ×10-5 N, L=0 J)


Prima di tutto mi determino la distanza delle cariche al centro del quadrato .
La distanza e' d = [ 1 / 2 * sqrt (2)) * ( 0.20 m ) ] ( il centro delle due diagonali in un quadrato)

Il mio problema e' quello di non riuscire a trovare la risultante delle force che passano per l'incrocio delle due diagonali dove e' posta la carica q = 3 X 10^6 .
Sono riuscito a ricavarmi con la legge di Coulomb le quattro forze passanti per il centro e precisamnete
F ac = K* ( 2*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = 0.054 N
F bc = K* ( 4*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = 0.108 N
F cc = K* ( -4*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = -0.108 N
F dc = K* ( -2*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = -0.054 N


Pero' sommandole si annullerebbero . Percio' il procedimento non e' corretto .
Devo ricavarmi la risultante delle quattro forze . Mi potete aiutare . Grazie

Risposte
dknew
Il fatto che le forze siano vettori ti dice niente? Inoltre le lettere del quadrato le disponi in un senso che sia orario o antiorario?

Ciao

Polis2
Si , sono tutti vettori . Infatti il problema sta' proprio nel trovare la risultante dei quattro vettori .
Una volta trovate le componenti applico Pitagora e mi trovo la risultante . pero' quali sono le due componenti ?.
Le lettere le ho disposte in senso orario come in figura . Al centro del quadrato c' e' la carica Q .

Qa A--------------B Qb



Qd D--------------C Qc

dknew
I vettori si sommano per componenti oppure con la regola del parallelogramma! Comincia con l'individuare un sistema di riferimento cartesiano e a scrivere i vettori per componenti. Senza un sistema di riferimento come puoi pretendere di determinare le componenti dei vettori?
Chiediti che direzione e che verso ha ogni singolo vettore visto che i moduli li hai determinati.
Ti assicuro che l'esercizio è banale! Non puoi non arrivarci da solo. :smt023
Se non sei in grado di sommare i vettori mi sento di consigliarti una bella ripassata. E' l'ABC! ;)
Te lo dico senza arroganza o sufficienza: non puoi pretendere di studiare la fisica se non sai operare con i vettori.
Intendo dire che, prima di affrontare un problema del genere, dovresti saper sommare, moltiplicare scalarmente e vettorialmente i vettori come immagino tu sappia fare con i numeri.
Fidati, che se adesso qualcuno ti rispondesse fornendoti le componenti non ti sarebbe assolutamente d'aiuto.

Ciao

Polis2
Mi dispiace contraddirti ma non ho problemi con i vettori . Ho preso in considerazione un sistema di asse cartesiani al centro del quadrato dove e' posizionata la carica Q . Nei due riquadri in basso mi vengono fuori le risultanti dei quattro vettori . Ho due vettori di direzione opposto in entrambi i quadranti . I vettori con direzione opposto si sottraggono . Probabilmente sbaglio qualcosa forse nei calcoli . E la carica Q che mi confonde le idee . Domani provo ad allegare un disegno
Comunque volevo precisare che non ho bisogno della soluzione del problema ma capire dove sbaglio.
Grazie.

gio73
Ciao,
io faccio pena in fisica e ho provato a risolvere il tuo problema.
Seguimi e dimmi dove sbaglio.
In alto abbiamo due cariche positive e in basso due cariche negative, al centro una carica positive.
Le due in alto tenderanno a far allontanare quella al centro, mentre quelle in basso a farla avvicinare, giusto? ora vediamo di quantificare un po' anche sotto il profilo della direzione:
La carica A esercita una forza sulla carica al centro il cui modulo lo determiniamo con la legge di Coulomb, mentre la direzione è quella della diagonale del quadrato e il verso è verso la carica C.
Se è corretto, prosegui tu con le altre cariche, poi quando dobbiamo sommare tutti i vettori magari ne riconosciamo alcuni che hanno la stessa direzione e lo stesso verso e possiamo sommare i moduli tranquillamente.

PS togli help dal titolo, usa il tasto modifica in alto a destra.

Polis2
Ciao gio73 .

Non sarai un gran fisico pero' il ruolo ragionamento mi convince ed e' come il mio.

Non vuol dire conoscere o meno i vettori .
Per arrivare a studiare l'elettrostatica e sottinteso conoscere i vettori

E' il comportamento delle cariche che mi confonde un po'.

Praticamente nella carica Q al centro del quadrato , ho due vettori che devono essere sottratti in entrambi le parti
Del quadrato .

Pero' dato che la carica in basso e' negativa quando si sottrae si somma .

Fac - ( - Fcc) 1°) componente

Fbc - (- Fdc) 2° ) componente .
Poi si applica Pitagora e mi trovo la risultante che dovrebbe andare a intersecare il lato del quadrato in basso.

Il risultato si avvicina pero' non e' lo stesso .

dknew
Mi rispondo.

Chiediti che direzione e che verso ha ogni singolo vettore visto che i moduli li hai determinati.


Ti avevo chiesto di indicarmi direzione e verso dei vettori forza che avevi determinato. Nel primo post tu hai indicato i vettori come se fossero scalari, dando semplicemente il modulo con segno e non avevi nemmeno assegnato un sistema di riferimento rispetto al quale assegnare eventuali componenti.

Ti ricordo cosa dice la forza di Coulomb:
-la direzione della forza è lungo la congiungente delle cariche;
-il verso della forza è attrattivo se le due cariche sono opposte e repulsivo se di ugual segno.

(+2)A--------(+4)B

-------(+3)O

(-2)D---------(-4)C

Dove non ho indicato l'ordine di grandezza delle cariche.

Fao ha direzione lungo la diagonale del quadrato AC e verso che punta in C perché le cariche sono dello stesso segno, si respingono.
Fbo ha direzione lungo la diagonale del quadrato BD e verso che punta in D perché le cariche sono dello stesso segno, si respingono.
Fco ha direzione lungo la diagonale del quadrato AC e verso che punta in C perché le cariche sono di segno opposto, si attraggono.
Fdo ha direzione lungo la diagonale del quadrato BD e verso che punta in D perché le cariche sono di segno opposto, si attraggono.
I moduli li avevi calcolati e vanno presi tutti senza segno.

Da come puoi vedere Fao e Fco sono paralleli e concordi, come anche Fbo e Fdo, dunque puoi sommarli sommando semplicemente i moduli.
Ottieni così due vettori:
F1=Fao+Fco che ha direzione lungo la diagonale del quadrato AC e verso che punta in C;
F2=Fbo+Fdo che ha direzione lungo la diagonale del quadrato BD e verso che punta in D.

Scelto un sistema cartesiano come hai scritto. Se non mi sto sbagliando (!!!correggimi!!!), i moduli di F1 ed F2 sono uguali e dunque le loro componenti lungo l'asse delle x sono uguali ed opposte, dunque sopravvivono solo le componenti lungo l'asse delle y.

Come si calcolano le componenti di un vettore?

Direi che abbiamo la trigonometria per questo! Innanzitutto individuiamo l'angolo che formano i due vettori rispetto l'asse delle x.

F1 forma un angolo a1=7/4pigreco mentre F2 forma un angolo a2=5/4pigreco. Dunque possiamo determinare le loro componenti:
-F1=(|F1|cos(a1),|F1|sin(a1))
-F2=(|F2|cos(a2),|F2|sin(a2))

Il vettore somma è il vettore ottenuto sommando le componenti algebricamente. Dunque:
Ftot=(|F1|cos(a1)+|F2|cos(a2), |F1|sin(a1)+|F2|sin(a2))

Ricordando chi erano i moduli di F1 ed F2:
Ftot=((|Fao|+|Fco|)cos(a1)+(|Fbo|+|Fdo|)cos(a2), (|Fao|+|Fco|)sin(a1)+(|Fbo|+|Fdo|)sin(a2))

Ad occhio (usando i moduli che hai determinato tu all'inizio) dovrebbe venire:
Ftot=(0, -0,23N)

Il che significa che sulla carica q posta nell'origine degli assi subisce una forza risultante: diretta lungo l'asse delle y, "punta verso il basso" e con un'intensità di 0,23N.

PS
Ti rendi conto che hai scritto questo:
Sono riuscito a ricavarmi con la legge di Coulomb le quattro forze passanti per il centro e precisamnete
F ac = K* ( 2*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = 0.054 N
F bc = K* ( 4*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = 0.108 N
F cc = K* ( -4*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = -0.108 N
F dc = K* ( -2*10^-8 C) * ( 3*10^-6 C ) / [ 1/2 *sqrt ( 2) * 0.20 m]^2 = -0.054 N


Pero' sommandole si annullerebbero . Percio' il procedimento non e' corretto .


Hai sommato le forze come se fossero degli scalari, cosa ne deve dedurre una persona che legge il tuo post?

Buone cose.

gio73
Ciao dknew
a me torna il tuo risultato, posso dire di non aver utilizzato nè la trigonometria nè un piano cartesiano di riferimento.
Disegnati i due vettori che si ottengono sommando $F_(OB)$ + $F_(OD)$ e $F_(OA)$ + $F_(OC)$ e verificato che sono uguali in modulo e che l'angolo fra loro è un angolo retto (le diagonali di un quadrato sono perpendicolari no?), disegno il parallelogramma, che poi è un quadrato, disegno la diagonale (quella verso il basso) e per trovare il modulo moltiplico per $sqrt2$ il modulo di uno dei due vettori. Fine.

dknew
Ovviamente! :) Ma che valenza didattica ha un esercizio del genere? E' palese che è un esercizio per entrare in confidenza con la forza di Coulomb. Tuttavia, per quando mi riguarda, sono certo che Polis debba ancora acquisire maggiore confidenza con i vettori. E non me ne voglia Polis, ma lo dico come un fratello maggiore che controlla i compiti del fratellino.
Mi ripeterò: una persona che scrive i moduli dei vettori con un segno e li somma come se fossero scalari, non ha capito nulla di quello che sta facendo! Mi starò sicuramente sbagliando, ma trovo più istruttivo il mio procedimento, anche perché ha valenza generale a prescindere dalla simmetria del problema. Non trovi?
In questo caso la geometria del problema era volutamente simmetrica per semplificare al massimo la risoluzione del problema e questa cosa appare evidente a chiunque abbia un minimo di confidenza con i vettori. E' chiaro che se l'intuizione non arriva da sola, per me va guidata rinforzando le basi teoriche che ci sono dietro.
Un altro approccio interessante al problema è quello di considerare il fatto che la carica è circondata da un quadrupolo con quella data simmetria.

Ciao

dknew
Per Polis sono certo che adesso sapresti risolvere un esercizio analogo. Le cariche sono disposte lungo i vertici di un generico rettangolo di dimensioni a (altezza) e b (base) e l'altra carica si trova al centro di questo rettangolo.
Inoltre cosa accade (considerando che le cariche siano su un quadrato come per l'esercizio originario) se cambiassi la disposizione in questa maniera:
(+2)A---------(-4)B

-------(+3)O

(+4)D---------(-2)C
Formula prima un'ipotesi e dopo verifica se la tua ipotesi di partenza era corretta.

Ti posso assicurare che cimentarsi in esercizi del genere è una buona palestra per lo studio della fisica. ;)

Te lo dice uno che la fisica la sa peggio di gio73 ma ogni giorno cerca di avvicinarsi alla sua comprensione.

Ciao

Polis2
Grazie per tutte le delucidazioni . Ripeto pero' che conosco i vettori e so come applicarli .
La carica Q al centro del quadrato mi ha portato fuori strada . A me capita che quando c'e ' un esercizio con qualche cosa che non capisco mi prende di non credere a quello che sto' facendo ed inizio ad andare nel pallone commettendo errori.

Polis2
Dknew .

Ho appena letto il tuo ultimo post con l'esercizio che mi hai proposto di risolvere .
Ti ringrazio per la tua disponibilita' ad aiutarmi e ti ringrazio. Dammi un po' di tempo per capire e provare a risolvere il problema .
Dknew ti nomino tutor di fisica .

Ciao

Polis2
Dnew.

La diagonale di in rettangolo si ricava dalla formula.

$ D = sqrt(a^2 + b^2 ) $

Inizio l'esercizio cercando di capire la direzione e il verso delle cariche raffigurate da vettori.

F1 la possiamo ricavare dalla somma di Fao + Foc .

Fao passa per la diagonale AC in direzione di C perche' di segno opposto.
Foc passa per la diagonale AC in direzione C .
Le due cariche si attraggono

F1 = Fao + Foc


F2 si puo' ricavare da Fbo che passa per la diagonale BD direzione verso B perche, le cariche si attraggono . La Fod passa per la diagonale BD direzione B perche' le cariche si respingono

F2 = Fbo + Fod

In questo esercizio le componenti F1 e F2 sono poste nella parte compresa tra O B C
Vediamo se fin qui ho scritto bene .

dknew
Vedi che ti ho postato due domande differenti:
1) disposizione delle cariche lungo i vertici del rettangolo con configurazione uguale a quella originaria
2) disposizione delle cariche lungo i vertici di un quadrato con configurazione uguale a quella disegnata da me nel post precedente

Penso che tu abbia fatto una fusione! :) Prova a seguire le linee guida che ti ho dato e vedrai che non puoi sbagliare.
Comunque prime di cominciare a fare i conti fatti un'idea di che risultato ti aspetti e dopo verifica con i conti che la tua ipotesi era giusta.

Ciao

Polis2
DKnew

Ho provato a risolvere il quesito da te proposto in un modo un po' diverso dal precedente .
Allego un disegno con l'esercizio risolto in parte . Non sono riuscito a trovarmi la risultante dei due vettori .
Bisogna conoscere bene la trigonometria. E' chiaro che non posso applicare pitagora perche' l'angolo e' maggiore di 90°
Viene fuori un parallelogramma con nel disegno

$ Fa+Fc = 1/( 4 Pi xi o ) * 4Q/d^2 $

$ Fb+Fd = 1/( 4 Pi xi o ) * 8Q/d^2 $


Vedi allegato :


dknew
Stai facendo quello del quadrato?

Ho provato a risolvere il quesito da te proposto in un modo un po' diverso dal precedente .
Allego un disegno con l'esercizio risolto in parte . Non sono riuscito a trovarmi la risultante dei due vettori .
Bisogna conoscere bene la trigonometria. E' chiaro che non posso applicare pitagora perche' l'angolo e' maggiore di 90°
Viene fuori un parallelogramma con nel disegno


Mi diresti perché i due vettori risultanti non formano un angolo di pi greco mezzi? Lungo che direzioni sono collocate le due forze? Devi seguire quello che sia dalla teoria!!! La forza di Coulomb che dice?

Scusami ma a che livello di preparazione stai affrontando questi esercizi?

Ciao

Polis2
Perche' non e' un quadrato e' un rettangolo . Il disegno l'ho dovuto rimpicciolire e sembra un quadrato

La prima forza e' diretta lungo la diagonale DB come si puo' vedere dalla freccia diretta verso B
La seconda lungo la diagonale AC diretta verso il lato A ed e' una forza meno intenza della prima .

Non mi sembra di non aver rispettato la legge di Coulomb e di non aver la preparazione giusta almeno per arrivare a rappresentare i due vettori .

dknew
Ma leggi quello che scrivo? Sono due esercizi differenti!!!

Vedi che ti ho postato due domande differenti:
1) disposizione delle cariche lungo i vertici del rettangolo con configurazione uguale a quella originaria
2) disposizione delle cariche lungo i vertici di un quadrato con configurazione uguale a quella disegnata da me nel post precedente


Comunque il problema era stato risolto, chiuderei qui questo post.

Ciao

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