Пластины конденсатора расположены горизонтально и в пространстве между ними в равновесии находится заряженный шарик. Через некоторое время
расстояние между обкладками заполняют жидким диэлектриком с
диэлектрической проницаемостью  = 3, несмотря на это шарик сохранил свое
равновесие. Чему равно отношение плотности материала заряженного шарика к
плотности жидкого диэлектрика?

Объяснение:

Дано:

ε = 3

ρ / ρ₁ - ?

1)

Пусть сила тяжести шарика равна m·g

Сила притяжения шарика к пластине   F.

Шарик в равновесии, поэтому запишем

m·g = F

ρ·g·V = F            (1)

2)

Заливаем диэлектрик.

Сила тяжести не изменилась.

Сила притяжения стала в ε раз меньше:

F₁ = F / ε.

Кроме того появляется и выталкивающая сила:

Fₐ = ρ₁·g·V

Но шарик по прежнему в равновесии:

m·g = F / ε + ρ₁·g·V   (2)

Тогда, учитывая (1), имеем:

ρ·g·V = ρ·g·V / ε + ρ₁·g·V

ρ = ρ / ε + ρ₁

ρ· (1 - 1/ε) = ρ₁

ρ / ρ₁ = ε / (ε - 1)

ρ / ρ₁ = 3 / 2