7.4.37∗. Три заряженных тела одинаковой масссы, разлетаясь, образуют всегда равнобедренный треугольник с углами $\alpha$ при вершине. Во сколько раз заряд тела, расположенного в вершине треугольника больше заряда тела в его основании.
Решение
$\Delta ABC$ - равнобедренный треугольник, $AK$ - высота, медиана и биссектриса, $\angle CAK=\frac{\alpha}{2}$. Поместим начало системы координат в точку $K(0;0)$, ось $x$ направим вдоль основания $BC$, ось $y$ направим вдоль высоты $AK$. Обозначим $AK=h$,$BK=KC=d$, тогда в нашей системе координат координаты точек: $A(0;h)$,$B(-d;0)$,$C(d;0)$.
Для того чтобы геометрическая конфигурация системы тел в процессе движения оставалась подобной самой себе, векторы ускорений всех тел в любой момент времени должны быть направлены строго от центра масс системы.
Радиус-вектор, проведенный из центра масс $L(0;\frac{h}{3})$ к телу в точке $C(d;0)$, имеет координаты: $\overrightarrow{LC}(d-0;0-\frac{h}{3})\Rightarrow \overrightarrow{LC}(d;-\frac{h}{3})$.
Результирующая кулоновская сила, действующая на тело в точке $C$ со стороны тел в точках $A$ и $B$, должна быть коллинеарна с вектором $\overrightarrow{LC}$. Условие коллинеарности:
Запишим силу действующую на тело в точке $C$ со стороны тела в точке $B$:
$$F_{BC}=\frac{kq_{2}^{2}}{4d^{2}}$$
Эта сила направлена вдоль оси $x$.
Вектор $\overrightarrow{AC}$ имеет координаты: $\overrightarrow{AC}(d-0;0-h)\Rightarrow \overrightarrow{AC}(d;-h)$. Сила действующая на тело в точке $C$ со стороны тела в точке $A$ в векторной форме: