This physics problem tests your understanding of fundamental physical laws and their applications. The step-by-step solution below breaks down the problem using relevant equations and physical reasoning.
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Voici les solutions pour les exercices de physique. Exercice (1): La force entre deux charges est donnée par la loi de Coulomb, F = k (q_1 q_2)/(r^2). Cela signifie que F (1)/(r^2). On peut donc écrire F_1 r_1^2 = F_2 r_2^2. Données: F_1 = 10^-5 N r_1 = 20 cm = 0.20 m a) Calcul de la force lorsque la distance est de 5 cm: Step 1: Convertir la distance en mètres. r_2 = 5 cm = 0.05 m Step 2: Utiliser la relation F_2 = F_1 ((r_1)/(r_2))^2. F_2 = (10^-5 N) (0.20 m0.05 m)^2 F_2 = (10^-5 N) (4)^2 F_2 = (10^-5 N) × 16 F_2 = 1.6 × 10^-4 N La force est de 1.6 × 10^-4 N. b) Calcul de la force lorsque la distance est de 100 cm: Step 1: Convertir la distance en mètres. r_2 = 100 cm = 1.00 m Step 2: Utiliser la relation F_2 = F_1 ((r_1)/(r_2))^2. F_2 = (10^-5 N) (0.20 m1.00 m)^2 F_2 = (10^-5 N) (0.2)^2 F_2 = (10^-5 N) × 0.04 F_2 = 4 × 10^-7 N La force est de 4 × 10^-7 N. Exercice (2): Pour accélérer un électron, le travail effectué par le champ électrique est converti en énergie cinétique. Le travail est W = qV et l'énergie cinétique est KE = (1)/(2)mv^2. Données: Vitesse finale v = 10^7 ms^-1 Charge de l'électron q = 1.602 × 10^-19 C Masse de l'électron m = 9.109 × 10^-31 kg Step 1: Calculer l'énergie cinétique de l'électron. KE = (1)/(2)mv^2 KE = (1)/(2) (9.109 × 10^-31 kg) (10^7 ms^-1)^2 KE = (1)/(2) (9.109 × 10^-31) (10^14) J KE = 4.5545 × 10^-17 J Step 2: Calculer la différence de potentiel V en utilisant qV = KE. V = (KE)/(q) V = 4.5545 × 10^-17 J1.602 × 10^-19 C V ≈ 284.3 V La différence de potentiel est de 284.3 V. Exercice (3): Ce problème concerne le champ électrique uniforme entre deux plaques parallèles. Données: Distance entre les plaques d = 50 cm = 0.50 m Champ électrique E = 1800 Vm^-1 Charge q = 10^-10 C Distance parcourue x = 5 cm = 0.05 m (i) Quelle différence de potentiel doit être appliquée? Step 1: Utiliser la relation V = Ed. V = (1800 Vm^-1) (0.50 m) V = 900 V La différence de potentiel est de 900 V. (ii) Calculer la force sur une charge de 10^-10 C dans ce champ. Step 1: Utiliser la relation F = qE. F = (10^-10 C) (1800 Vm^-1) F = 1.8 × 10^-7 N La force est de 1.8 × 10^-7 N. (iii) Quelle énergie cinétique la charge aura-t-elle après avoir parcouru 5 cm? Step 1: L'énergie cinétique gagnée est égale au travail effectué par la force électrique, W = Fx. KE = Fx KE = (1.8 × 10^-7 N) (0.05 m) KE = 9 × 10^-9 J L'énergie cinétique est de 9 × 10^-9 J. Quelle est la suivante ?