Egzamin maturalny Fizyka. Poziom rozszerzony 2023. Formuła 2015. Zadanie 10.3.

Zadanie 10.

Cylindryczną nieprzewodzącą rurkę ustawiono pionowo. Na dnie tej rurki umieszczono piłeczkę pingpongową, która była pokryta farbą przewodzącą ładunki elektryczne (zobacz rysunek 1.). Masa piłeczki była równa m = 3 g. Piłeczka była naładowana ujemnym ładunkiem elektrycznym q₁ = -50 nC.

Do rurki wrzucono drugą podobną piłeczkę o identycznych rozmiarach i masie, naładowaną dodatnim ładunkiem elektrycznym (zobacz rysunek 2.). Po zetknięciu się piłeczek i wymianie ładunku każda z piłeczek miała taki sam dodatni ładunek elektryczny q = 200 nC. Druga piłeczka po zetknięciu z pierwszą ustabilizowała po pewnym czasie swoje położenie i utrzymywała się nieruchomo ponad pierwszą piłeczką (zobacz rysunek 3.).

Pomiń tarcie piłeczek o ścianki rurki. Przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego g = 9,81 m/s².

Zadanie 10.3.

Przyjmij, że gdy piłeczki znajdują się w ustabilizowanej pozycji, to oddziałują ze sobą jak ładunki punktowe q = 200 nC umieszczone w środku każdej z piłeczek.

Oblicz odległość x pomiędzy środkami piłeczek w ustabilizowanej pozycji.