6.1.9. Два одинаково заряженных шарика массы $m$, подвешенных в одной точке на нитях длины $l$, разошлись так, что угол между нитями стал прямым. Определите заряд шариков.
Решение
В данном случае на шарики действуют 3 силы: сила натяжения $\vec{T}$, направленная вдоль нити (под углом $45^{\circ}$ к горизонту); силы тяжести $m\vec{g}$ и силы Кулона $\vec{F_k}$.
Запишем второй закон Ньютона в проекциях на горизонтальную и вертикальную оси: $$\left\{ \begin{gathered} Ox: F_k-T\cdot\cos{45^{\circ}}=0\quad(1) \\ Oy: T\cdot\sin{45^{\circ}}-mg=0\quad(2) \\ \end{gathered} \right.$$ Отсюда следуют равенства для силы тяжести $m\vec{g}$ и силы Кулона $\vec{F_k}$$$\left\{ \begin{gathered} F_k=T\cdot\cos{45^{\circ}}\quad{(3)} \\ mg=T\cdot\sin{45^{\circ}}\quad{(4)} \\ \end{gathered} \right.$$ Разделив одно уравнение на другое, получаем $$\frac{F_k}{mg}=\cot{45^{\circ}}=1\tag{5}$$ Данное равенство можно переписать в виде: $$\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{q^2}{(\frac{\ell}{\cos{45^{\circ}}})^2}=mg\tag{6}$$ Откуда, выражаем заряд шариков $$q=\sqrt{4\pi\varepsilon_0mg(\sqrt{2}\ell)^2}\Rightarrow \boxed{q=\ell\sqrt{8\pi\varepsilon_0mg}}\tag{7}$$