Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой $m$ и зарядом $q$. Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в каком направлении начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата влево.
Возможное решение.
1. Поскольку пластины подключены к источнику ЭДС, то между ними имеется разность потенциалов, в пространстве между ними создаётся однородное электростатическое поле. Согласно электрической схеме нижняя пластина имеет положительный заряд, а верхняя — отрицательный; следовательно, вектор напряжённости поля направлен вертикально вверх. По условию задачи заряженное тело находится в равновесии; следовательно, сила тяжести скомпенсирована силой Кулона, направленной вертикально вверх. Отсюда делаем вывод, что тело имеет положительный заряд.
2. Если сдвинуть ползунок реостата влево, то сопротивление реостата уменьшится. Поскольку реостат соединён с резистором последовательно, то и общее сопротивление цепи также уменьшится.
3. Согласно закону Ома для полной цепи: $\mathcal{E}=I(R+r)$ — при уменьшении сопротивления внешней цепи сила тока в ней увеличится. Таким образом, по закону Ома для участка цепи: $U=IR$ — напряжение на резисторе $R$ также увеличится. Поскольку пластины соединены с резистором $R$ параллельно, то напряжение между пластинами равно напряжению на резисторе и поэтому тоже увеличится. Следовательно, увеличится и напряжённость поля между пластинами: $E=\dfrac{U}{d}$.
4. Увеличение напряжённости поля приведёт к увеличению силы Кулона, действующей на тело: $F=qE$. Равновесие нарушится, сила тяжести станет меньше силы Кулона, и тело начнёт двигаться вверх с ускорением.
Ответ: тело начнёт двигаться вверх с ускорением.
