Решил тут я помочь дочке по физике - да и для собственного удовольствия поразмять мозги, вспомнить былое - порешать непростые задачи по физике. И понял - что я физику на самом то деле совершенно не понимаю.
Набросаю в этой теме несколько задач с проводящими сферами в электростатике - хотелось бы увидеть ваши объяснения
Вот задача из демонстарционного варианта ФИПИ ЕГЭ по физике на 2023 год.
"В нижней половине незаряженного металлического
шара располагается крупная шарообразная полость,
заполненная воздухом. Шар находится в воздухе
вдали от других предметов. В центр полости
помещён положительный точечный заряд q > 0
(см. рисунок). Нарисуйте картину линий
напряжённости электростатического поля внутри
полости, внутри проводника и снаружи шара. Если
поле отсутствует, напишите в данной области:

= 0.
Если поле отлично
от нуля, нарисуйте картину поля в данной области, используя восемь линий
напряжённости. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности
Вы использовали для объяснения."
Дано решение задачи:
"
картины линий напряжённости: внутри
полости – семейство прямых лучей,
исходящих из заряда и приходящих на
поверхность полости по нормали;
снаружи шара – семейство прямых лучей,
исходящих с поверхности шара
по нормали к ней и уходящих
в бесконечность.
2. Внутри проводника –
электростатическое поле

= 0.
3. Заряд q помещён в центр шарообразной
полости, поэтому его электростатическое поле в полости обладает
центральной симметрией и выглядит как поле уединённого точечного заряда
q > 0, находящегося в центре полости. Линии напряжённости этого поля
подходят по нормали к поверхности полости, где равномерно распределён
отрицательный индуцированный заряд −q < 0.
4. На наружной поверхности шара находится (в силу нейтральности шара
в целом) положительный заряд q > 0. Поскольку внутри проводника

= 0,
а снаружи окружающие предметы расположены далеко от шара, этот заряд
распределён по поверхности шара равномерно. Его поле вне шара выглядит
как поле уединённого точечного заряда q > 0, расположенного в центре
шара. Линии напряжённости отходят от шара по нормали к его поверхности"
Так вот - непонятны след рассуждения - так как заряд помещен в центр полости, то его поле центрально-симметрично. НО ведь сама полость НЕ центрально симметрична!
Где доказательства того,что не симметричное расположение полости не влияет на симметричность поля внутри этой полости?? А вдруг индуцированные заряды не симметричны и соответственно искажают симметрию поля внутри полости?
Далее - такое рассуждение у авторов задачи - "Поскольку внутри проводника

= 0,
а снаружи окружающие предметы расположены далеко от шара, этот заряд
распределён по поверхности шара равномерно" .
А как конкретно то эти факты связаны?? помнится в одном из учебников физики рассказывалось о ситуации на остриях заряженных проводников - там идет скопление заряда, точнее плотность заряда высокая и потому то с этих концов может происходить искрение изза тогог,что заряд отрывается от поверхности проводника изза сильного поля. То есть равенство нулю эл поля внутри проводника никоим образом не делало распределение заряда равным по поверхности.
П.С. Если есть ссылка на какой нибудь источник, где бы хорошо, четко и однозначно бы объяснялись процессы распределиния зарядов в проводящих сферах - буду благодарен
Нашел вроде одну на вид неплохую - из кванта. Но там к примеру такое объяснение задачи (Черноуцан "Практикум абитуриента") -
"Задача 5. Проводящая сфера радиусом R заряжена зарядом Q. Каким
станет потенциал сферы, если на расстоянии l от ее центра поместить
точечный заряд q? Разобрать случаи
l > R и l < R.
"
вот выдержка из решения:
" Перейдем к случаю l < R (рис. 6).
Так как теперь заряд находится внутри
сферы, напряженность поля внутри
сферы не равна нулю и потенциалы
различных точек не равны друг другу.
Однако и в этом случае несложно определить потенциал сферы, только надо
обратить внимание не на внутреннюю
часть сферы, а на окружающее ее внешнее пространство. Оказывается, поле
во внешнем пространстве не зависит от
положения заряда q внутри сферы, т.е.
при перемещении заряда по внутренней области поле во внешней области
не меняется.
Это утверждение верно для полого
проводника любой формы, и следует
оно из теоремы единственности. Поле
во внешнем пустом пространстве однозначно определяется следующими
условиями: 1) потенциал на бесконечности равен нулю; 2) потенциал на
поверхности проводника принимает некоторое постоянное значение; 3) полный заряд внутри этой поверхности
известен, т.е. известно полное число
силовых линий, начинающихся на поверхности проводника. Существует
единственное поле, удовлетворяющее
этим условиям.
"
То есть говорится что "поле
во внешнем пространстве не зависит от
положения заряда q внутри сферы, т.е.
при перемещении заряда по внутренней области поле во внешней области
не меняется.
Это утверждение верно для полого
проводника любой формы, и следует
оно из теоремы единственности"
НО не показывается, не объясняется как оно из этого следует!
вот после таких "объяснений" и думаешь - действительно ли нужно всегда понимать физику - а может проще чтото и выучить, не поняв - коли толком и не объясняют.