Verilen soruda, ipteki gerilme kuvvetinin (ip) en az olduğu düzeneği bulmamız istenmektedir. Yüzeyler sürtünmesizdir.

• A) Seçeneği:
  • Turuncu küre negatif yüklü, yeşil çubuk pozitif yüklüdür. Aralarında çekim kuvveti (F_e) oluşur.
  • Küre yalıtkan zemin üzerinde durmaktadır. İp yataydır.
  • Yatay dengede, ipteki gerilme kuvveti (T) elektrostatik çekim kuvvetine eşittir: \(T = F_e\).
• B) Seçeneği:
  • Turuncu küre negatif yüklü, alttaki yeşil küre de negatif yüklüdür. Aralarında itme kuvveti (F_e) oluşur ve bu kuvvet yukarı yönlüdür.
  • Turuncu küreye etki eden kuvvetler: Aşağı doğru yerçekimi kuvveti (G), yukarı doğru ip gerilmesi (T) ve yukarı doğru elektrostatik itme kuvveti (F_e).
  • Dengede, yukarı yönlü kuvvetler aşağı yönlü kuvvetlere eşittir: \(T + F_e = G\).
  • Buradan ip gerilmesi: \(T = G - F_e\). Elektrostatik kuvvet, yerçekimi kuvvetini dengelemeye yardımcı olduğu için ip gerilmesi azalır.
• C) Seçeneği:
  • Turuncu küre negatif yüklü, alttaki yeşil küre pozitif yüklüdür. Aralarında çekim kuvveti (F_e) oluşur ve bu kuvvet aşağı yönlüdür.
  • Turuncu küreye etki eden kuvvetler: Aşağı doğru yerçekimi kuvveti (G), yukarı doğru ip gerilmesi (T) ve aşağı doğru elektrostatik çekim kuvveti (F_e).
  • Dengede, yukarı yönlü kuvvetler aşağı yönlü kuvvetlere eşittir: \(T = G + F_e\). Elektrostatik kuvvet, yerçekimi kuvvetine eklenerek ip gerilmesini artırır.
• D) Seçeneği:
  • Turuncu küre negatif yüklü, alttaki yeşil çubuk pozitif yüklüdür. Aralarında çekim kuvveti (F_e) oluşur.
  • Küre eğik düzlem üzerindedir ve ip eğik düzleme paraleldir.
  • Turuncu küreye etki eden kuvvetler: Aşağı doğru yerçekimi kuvvetinin eğik düzlem bileşeni (\(G \sin\theta\)), ip gerilmesi (T) ve elektrostatik çekim kuvveti (F_e). Elektrostatik çekim kuvveti, küreyi eğik düzlem boyunca aşağı çekme eğilimindedir.
  • Dengede, ip gerilmesi hem yerçekiminin eğik düzlem bileşenini hem de elektrostatik çekim kuvvetinin eğik düzlem bileşenini dengelemek zorundadır. Yani \(T = G \sin\theta + F_{e, paralel}\). Bu durumda ip gerilmesi artar.

Karşılaştırma yapıldığında, B seçeneğinde elektrostatik kuvvet (F_e) yerçekimi kuvvetine (G) zıt yönde etki ederek ip gerilmesini azaltmaktadır (\(T = G - F_e\)). Diğer seçeneklerde ise elektrostatik kuvvet ya ip gerilmesine eklenmekte ya da ip gerilmesinin tek başına karşılığı olmaktadır.

Bu nedenle, ipteki gerilme kuvvetinin en az olduğu düzenek B seçeneğidir.

Cevap B seçeneğidir.