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그림과 같이 +4q, -2q로 대전된 같은 크기의동일한 금속구 A, B… | [해양경찰 물리] 25년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[해양경찰 물리] 25년 1회차
그림과 같이 +4qq, -2qq로 대전된 같은 크기의
동일한 금속구 A, B를 거리 rr만큼 떨어뜨려 놓았
더니, A와 B 사이에는 크기가 FF인 전기력이 작용
하였다. A, B를 접촉시켰다가 다시 2rr만큼 떨어
뜨려 놓을 때, A와 B 사이에 작용하는 전기력의
크기는?

문제 이미지
1
12F\frac{1}{2}F
2
18F\frac{1}{8}F
3
116F\frac{1}{16}F
4
132F\frac{1}{32}F
해설

전기력의 크기는 132F\dfrac{1}{32}F가 된다.

처음 힘은 F=k4q×2qr2=8kq2r2F=k\dfrac{4q\times 2q}{r^2}=\dfrac{8kq^2}{r^2}이다. 동일한 금속구를 접촉시키면 전체 전하 +2q+2q가 똑같이 나뉘어 각각 +q+q가 된다.

거리를 2r2r로 하면 F′=kq×q(2r)2=kq24r2=132FF'=k\dfrac{q\times q}{(2r)^2}=\dfrac{kq^2}{4r^2}=\dfrac{1}{32}F이며, 같은 부호라 척력으로 바뀐다.

  • 12F\dfrac{1}{2}F: 전하곱이 18\dfrac{1}{8}배로 줄고 거리까지 2배가 되는데도 힘이 절반만 줄어든 값으로, 지나치게 크다.
  • 18F\dfrac{1}{8}F: 전하곱 감소(18\dfrac{1}{8}배)만 반영하고 거리 2배 효과를 빠뜨렸다.
  • 116F\dfrac{1}{16}F: 거리 효과를 14\dfrac{1}{4}배로 반영했지만 전하곱을 14\dfrac{1}{4}배로 잘못 잡은 값이다.

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