Uzasadnienie: 

Naszym zadaniem jest uzupełnienie tabeli 1 o nazwy sił, które są przedstawione w tabeli 2. W pierwszej kolejności wykonajmy rysunek pomocniczy z oznaczeniem chmur, ziemi oraz linii pola elektrycznego, które zgodnie z treścią zadania, są zwrócone pionowo w dół.

gdzie:

$\vec{E}$ - wektor natężenia pola elektrycznego.

Linie pola wychodzą z ładunku dodatniego, a kończą na ładunku ujemnym. Opierając się na narysowanych liniach pola elektrycznego wynika, że dolna warstwa chmur jest naładowana dodatnio, a górna warstwa ziemi jest naładowana ujemnie.

Teraz rozważmy kroplę deszczu o masie $m$ naładowaną dodatnio o ładunku $q$. Na taką kroplę w ziemskim polu grawitacyjnym działa siła ciężkości ${\vec{F}}_{\text{g}}$ zwrócona pionowo w dół.

Kropla ta (będąca jednocześnie naładowanym dodatnio ciałem) znajduje się w polu elektrycznym. Zgodnie z narysowanym rozłożeniem ładunku wynika, że kropla jest odpychana przez dolną warstwę chmur (ładunki jednoimienne) a przyciągana przez górną warstwę ziemi (ładunki różnoimienne). Oznacza to, że na kroplę działa jeszcze siła elektryczna ${\vec{F}}_{\text{e}}$ zwrócona pionowo w dół.

Obie te siły mają ten sam kierunek i zwrot, zatem na kroplę działa siła wypadkowa ${\vec{F}}_{\text{wyp.}}$ skierowana pionowo w dół, której wartość jest równa sumie wartości siły ciężkości i siły elektryczna:

$F_{\text{wyp.}}=F_{\text{g}}+F_{\text{e}}$

Z drugiej jednak strony, zgodnie z treścią zadania, kropla opada ruchem jednostajnym,  czyli prędkość kulki jest stała. Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona wiemy, że jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub wszystkie siły się równoważą, to ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym lub spoczywa. W naszym przypadku wiemy, że na kroplę działa siła wypadkowa ${\vec{F}}_{\text{wyp.}}$ skierowana pionowo w dół. Jeżeli więc kropla porusza się ruchem jednostajnym, to siłę tą musi równoważyć inna siła - siła oporu powietrza ${\vec{F}}_{\text{o}}$  skierowana pionowo w górę. Wartość siły oporu powietrza ${\vec{F}}_{\text{o}}$ musi być równa wartości siły wypadkowej:

$F_{\text{o}}=F_{\text{wyp.}}$

Wówczas:

$F_{\text{o}}=F_{\text{g}}+F_{\text{e}}$

Z naszych rozważań wynika więc, że siła ${\vec{F}}_1$ na rysunku dołączonym do treści zadania jest siłą oporu powietrza. Teraz skupimy się na określeniu sił ${\vec{F}}_2$ i ${\vec{F}}_3$. Skoro na rysunku w treści zadania wektory tych sił te mają różne długości, to oznacza, że mają różne wartości. Widzimy więc, że aby określić te siły, czyli odpowiednio porównać je do siły ciężkości i siły elektrycznej, musimy wyznaczyć wartości tych sił.

Najpierw zapisujemy ogólny wzór na wartość siły ciężkości.

WARTOŚĆ SIŁY CIĘŻKOŚCI Wartość siły ciężkości możemy obliczyć za pomocą wzoru: $F_{\text{g}}=mg$  gdzie: $F_{\text{g}}$ - wartość siły ciężkości, $m$ - masa ciała,  $g$ - wartość przyspieszenia ziemskiego.

W treści zadania mamy podane:

$m=0,5\text{g}=5\cdot 10^{-1}\text{g}=5\cdot 10^{-1}\cdot 10^{-3}\text{kg}=5\cdot 10^{-4}\text{kg}$

Rozwiązując to zadanie, skorzystamy również z:

▶ wartość przyspieszenia ziemskiego: $g=9,81\frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}$.

Podstawiamy dane do wzoru i obliczamy:

$F_{\text{g}}=5\cdot 10^{-4}\text{kg}\cdot 9,81\frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}=$

$=5\cdot 9,81\cdot 10^{-4}\text{kg}\cdot \frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}=$

$=49,05\cdot 10^{-4}\text{N}=4,905\cdot 10^{-3}\text{N}$

Następnie zapisujemy ogólny wzór na wartość siły elektrycznej.

WARTOŚĆ SIŁY ELEKTRYCZNEJ Wartość siły elektrycznej działającej na naładowaną cząstkę w pewnym punkcie pola elektrycznego jednorodnego przedstawiamy wzorem: $F_e=qE$ gdzie: $F_e$ - wartość siły elektrycznej działającej na cząstkę w polu elektrycznym, $q$ - wartość ładunku znajdującego się w polu elektrycznym, $E$ - wartość natężenia jednorodnego pola elektrycznego.

W treści zadania mamy podane:

$q=3,2\cdot 10^{-12}\text{C}$

$E=200\frac{\text{N}}{\text{C}}=2\cdot 10^2\frac{\text{N}}{\text{C}}$

Podstawiamy dane do wzoru i obliczamy:

$F_{\text{e}}=3,2\cdot 10^{-12}\text{C}\cdot 2\cdot 10^2\frac{\text{N}}{\text{C}}=$

$=3,2\cdot 2\cdot 10^{-12}\cdot 10^2\cancel{\text{C}}\cdot \frac{\text{N}}{\cancel{\text{C}}}=$

$=6,4\cdot 10^{-10}\text{N}$

Z naszych obliczeń wynika, że wartość siły ciężkości kropli jest znacznie większa od wartości siły elektrycznej, która działa na kroplę:

$F_{\text{g}}>F_{\text{e}}$

Oznacza to, że na rysunku w treści zadania siłą ${\vec{F}}_3$ oznaczono siłę grawitacji a siłą ${\vec{F}}_2$ siłę oddziaływania elektrycznego.

 Odpowiedź: 

${\vec{F}}_1$ - D

${\vec{F}}_2$ - B

${\vec{F}}_3$ - A