Дано:

Металлическая пластина на изолирующей подставке заряжена положительно. Незаряженная металлическая гильза подвешена на длинной шёлковой нити вблизи пластины.

Найти:

Описать и объяснить движение гильзы.

Решение:

Этап 1. Электростатическая индукция.

Положительно заряженная пластина создаёт электрическое поле \vec{E}, направленное от пластины. Под действием этого поля в незаряженной металлической гильзе происходит перераспределение зарядов: отрицательные заряды (электроны) смещаются к ближней к пластине стороне, положительные — к дальней: \vec{F} = q\vec{E} При q \lt 0 сила направлена против \vec{E} (к пластине), при q \gt 0 — по \vec{E} (от пластины).

Этап 2. Притяжение к пластине.

По закону Кулона сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния. Отрицательные заряды гильзы находятся ближе к пластине, чем положительные, поэтому сила притяжения больше силы отталкивания. Суммарная электрическая сила направлена к пластине. Гильза отклоняется и касается пластины.

Этап 3. Перезарядка и отталкивание.

При контакте высоковольтный выпрямитель (источник положительного заряда) забирает все свободные электроны с гильзы. Гильза приобретает положительный заряд. Одноимённо заряженная гильза и пластина отталкиваются. Гильза отходит от пластины и устанавливается в положении равновесия под действием трёх сил: электрической силы отталкивания, силы тяжести и натяжения нити. После небольших колебаний гильза неподвижно висит, отклонившись от пластины.