Đề bài:

Có hai điện tích điểm \(q_{1} = 2.1 \times 10^{- 9} \textrm{ } C\) và \(q_{2} = 8.1 \times 10^{- 6} \textrm{ } C\) đặt tại hai vị trí \(A\) và \(B\) cách nhau 9 cm trong chân không.

a) Tính cường độ điện trường tổng hợp do \(q_{1}\) và \(q_{2}\) gây ra tại điểm M là trung điểm của AB

1. Công thức tính cường độ điện trường do một điện tích gây ra: Cường độ điện trường \(E\) tại một điểm do điện tích \(q\) gây ra được tính theo công thức:
   \(E = \frac{k \cdot \mid q \mid}{r^{2}}\)
   Trong đó:
2. • \(k\) là hằng số điện trường \(k = 9 \times 10^{9} \textrm{ } \text{N} \cdot \text{m}^{2} / \text{C}^{2}\),
   • \(\mid q \mid\) là độ lớn của điện tích,
   • \(r\) là khoảng cách từ điện tích đến điểm cần tính cường độ điện trường.
3. Xác định cường độ điện trường do mỗi điện tích tại điểm M:
4. • Khoảng cách từ điểm M đến các điện tích \(A\) và \(B\) đều bằng nửa khoảng cách giữa A và B (do M là trung điểm), tức là \(r = \frac{9}{2} = 4.5 \textrm{ } \text{cm} = 0.045 \textrm{ } \text{m}\).
5. Cường độ điện trường do \(q_{1}\) tại M:
   \(E_{1} = \frac{k \cdot \mid q_{1} \mid}{r^{2}} = \frac{9 \times 10^{9} \times 2.1 \times 10^{- 9}}{\left(\right. 0.045 \left.\right)^{2}}\)
   Tính giá trị:
   \(E_{1} = \frac{9 \times 10^{9} \times 2.1 \times 10^{- 9}}{0.002025} = \frac{18.9}{0.002025} \approx 9333.33 \textrm{ } \text{N}/\text{C}\)
6. Cường độ điện trường do \(q_{2}\) tại M:
   \(E_{2} = \frac{k \cdot \mid q_{2} \mid}{r^{2}} = \frac{9 \times 10^{9} \times 8.1 \times 10^{- 6}}{\left(\right. 0.045 \left.\right)^{2}}\)
   Tính giá trị:
   \(E_{2} = \frac{9 \times 10^{9} \times 8.1 \times 10^{- 6}}{0.002025} = \frac{73.29}{0.002025} \approx 36142.22 \textrm{ } \text{N}/\text{C}\)
7. Cộng cường độ điện trường:
   \(E_{\text{t}ổ\text{ng}} = E_{2} - E_{1} = 36142.22 - 9333.33 \approx 26808.89 \textrm{ } \text{N}/\text{C}\)
8. • Cường độ điện trường tại điểm M do \(q_{1}\) và \(q_{2}\) tạo thành sẽ có phương vuông góc với đoạn AB.
   • Cường độ điện trường do \(q_{1}\) và \(q_{2}\) tại M có chiều ngược nhau (vì \(q_{1}\) là điện tích dương, \(q_{2}\) là điện tích dương, và \(M\) nằm giữa A và B).
   • Vì vậy, tổng cường độ điện trường tại M là:

b) Xác định vị trí điểm N tại đó cường độ điện trường tổng hợp do \(q_{1}\) và \(q_{2}\) gây ra bằng không

1. Giả sử điểm N nằm trên đoạn AB: Để cường độ điện trường tổng hợp bằng không, cường độ điện trường do \(q_{1}\) tại điểm N phải bằng và ngược chiều với cường độ điện trường do \(q_{2}\) tại N.
2. Gọi khoảng cách từ A đến N là \(r_{1}\) và từ B đến N là \(r_{2}\):
   \(E_{1} = \frac{k \cdot \mid q_{1} \mid}{r_{1}^{2}}\)
   \(E_{2} = \frac{k \cdot \mid q_{2} \mid}{r_{2}^{2}}\)
   Để tổng cường độ điện trường bằng không, ta có phương trình:
   \(E_{1} = E_{2}\) \(\frac{k \cdot \mid q_{1} \mid}{r_{1}^{2}} = \frac{k \cdot \mid q_{2} \mid}{r_{2}^{2}}\)
   Rút gọn ta được:
   \(\frac{\mid q_{1} \mid}{r_{1}^{2}} = \frac{\mid q_{2} \mid}{r_{2}^{2}}\) \(\frac{r_{2}^{2}}{r_{1}^{2}} = \frac{\mid q_{2} \mid}{\mid q_{1} \mid}\) \(\frac{r_{2}}{r_{1}} = \sqrt{\frac{\mid q_{2} \mid}{\mid q_{1} \mid}}\)
3. • Cường độ điện trường do \(q_{1}\) tại điểm N là:
4. • Cường độ điện trường do \(q_{2}\) tại điểm N là:
5. Tính tỷ lệ \(\frac{r_{2}}{r_{1}}\):
   \(\frac{r_{2}}{r_{1}} = \sqrt{\frac{8.1 \times 10^{- 6}}{2.1 \times 10^{- 9}}} = \sqrt{\frac{8.1}{2.1}} = \sqrt{3.857} \approx 1.96\)
   Vậy:
   \(r_{2} = 1.96 \times r_{1}\)
6. Tính tổng khoảng cách \(r_{1} + r_{2} = 9 \textrm{ } \text{cm}\):
   \(r_{1} + 1.96 \times r_{1} = 9\) \(2.96 \times r_{1} = 9\) \(r_{1} = \frac{9}{2.96} \approx 3.04 \textrm{ } \text{cm}\)
   Do đó:
   \(r_{2} = 1.96 \times 3.04 \approx 5.96 \textrm{ } \text{cm}\)

Kết luận:

• Cường độ điện trường tổng hợp tại M: \(E_{\text{t}ổ\text{ng}} \approx 26808.89 \textrm{ } \text{N}/\text{C}\).
• Vị trí điểm N: Khoảng cách từ A đến N là khoảng \(3.04 \textrm{ } \text{cm}\), và từ B đến N là khoảng \(5.96 \textrm{ } \text{cm}\).

thời gian người đó dự định đi là: \(t=\dfrac{s}{v}=\dfrac{100}{v}\left(h\right)\)

quãng đường còn lại sau khi người đó nghỉ 1h là:

\(s_{\text{còn lại}}=s-s_{nghỉ}=100-1\cdot v=100-v\left(km\right)\)

để đến đúng giờ, người đó phải chạy thêm 5km/h nên:

\(t'=\dfrac{s_{\text{còn lại}}}{v'}=\dfrac{100-v}{v+5}\)

tổng thời gian người đó đi hết quãng đường là:

\(1+\dfrac{10}{60}+\dfrac{100-v}{v+5}=\dfrac{100}{v}\\ =>1+\dfrac{1}{6}+\dfrac{100-v}{v+5}=\dfrac{100}{v}\\ =>\dfrac{7}{6}+\dfrac{100-v}{v+5}=\dfrac{100}{v}\\< =>\dfrac{100-v}{v+5}=\dfrac{100}{v}-\dfrac{7}{6}\\ =>\dfrac{100-v}{v+5}=\dfrac{600-7v}{6v}\\ =>6v\cdot\left(100-v\right)=\left(v+5\right)\left(600-7v\right)\\ =>600v-6v^2=600v-7v^2+3000-35v\\ =>-v^2-35v+3000=0\\ =>v^2+35v-3000=0\\ =>\left\{{}\begin{matrix}v_1=40\left(km\text{/}h\right)\left(TM\right)\\v_2=-75\left(km\text{/}h\right)\left(KTM\right)\end{matrix}\right.\)

vậy vận tốc ban đầu người đó đi là 40 km/h

Ta có \(A=8cm;\omega=4\pi rad/s;\varphi_0=0rad\) \(\Rightarrow T=\dfrac{2\pi}{\omega}=0,5\left(s\right)\)

Vật đi qua vị trí có li độ bằng \(-4\sqrt{3}cm\) theo chiều dương thì \(\varphi=\dfrac{4\pi}{3}\)

\(\Rightarrow\Delta\varphi=\dfrac{4\pi}{3}\left(rad\right)\) 

\(\Rightarrow\Delta t=\dfrac{\Delta\varphi}{2\pi}.T=\dfrac{\dfrac{4\pi}{3}}{2\pi}.0,5=\dfrac{1}{3}\left(s\right)\)

Vậy thời gian để vật đi qua vị trí có li độ bằng \(-4\sqrt{3}cm\) theo chiều dương là \(\dfrac{1}{3}s\)