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[일반물리학]

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질량 m = 2.00\ \text{g}의 대전된 코르크 공이 가벼운 줄에 매달려 정지 상태(평형)에 있다. 균일한 전기장 \vec{E} = (4.00\hat{i} + 3.00\hat{j}) \times 10^{5}\ \text{N/C}이 작용하고, 줄은 연직 방향과 \theta = 45.0^{\circ}의 각을 이룬다. 공에 대전된 전하 q는 약 얼마인가? (단, 중력 가속도 g = 9.80\ \text{m/s}^{2}이다.)

평형 조건 \displaystyle \sum F = 0 을 이용합니다.

\displaystyle F_{\text{net}} = T + F_{e} + F_{g} = 0.

x축 평형:

\displaystyle T \sin 45^{\circ} = q E_{x} = q(4.00 \times 10^{5}) \qquad (식\ 1)

y축 평형:

\displaystyle T \cos 45^{\circ} + q E_{y} = F_{g} = mg \qquad (식\ 2)

여기서 \displaystyle E_{y} = 3.00 \times 10^{5}.

또한 \displaystyle \sin 45^{\circ} = \cos 45^{\circ} 이므로,

식 (1)을 \displaystyle T \cos 45^{\circ}로 치환하여 식 (2)에 대입하면:

\displaystyle q(4.00 \times 10^{5}) + q(3.00 \times 10^{5}) = mg

\displaystyle q(7.00 \times 10^{5}) = (2.00 \times 10^{-3}\ \text{kg})(9.80\ \text{m/s}^{2})

\displaystyle q = \dfrac{0.0196}{7.00 \times 10^{5}}\ \text{C} \approx 2.80 \times 10^{-7}\ \text{C}

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