Три бусинки, имеющих заряд q и массу m, находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной l. Какова будет максимальная скорость бусинок, если их предоставить самим себе?
Для ответа на этот вопрос можно воспользоваться законом сохранения механической энергии. При отсчете начала движения кинетическая энергия системы бусинок равна сумме потенциальных энергий в начальный момент времени (когда бусинки находятся в вершинах треугольника) и кинетической энергии, а также потенциальным энергиям в конечный момент времени (когда бусинки окажутся в углах разгона) :
(K_п + U_п = K_к + U_к)
Поскольку потенциальная энергия бусинки в вершине треугольника равна 0, а в точке разгона (бесконечности) равна 0, получаем, что (U_п = 0, U_к = 0), и формула превращается в:
(K_п = K_к)
Из формулы кинетической энергии (K = \frac{1}{2}mv^2), где (m) - масса бусинки, и (v) - её скорость, получаем:
(\frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}mV^2),
где (V) - максимальная скорость каждой бусинки. Так как (v < V), то скорость максимальна, когда бусинка находится в вершине треугольника, а (v) равна (0). Тогда максимальная скорость будет равна скорости, при которой бусинка окажется в вершине треугольника.
Пусть (v_0) - скорость бусинки в вершине треугольника. Тогда (v0^2 = V{max} = \frac{qE}{m}), где (E) - модуль электрического поля в вершине треугольника.
Таким образом, максимальная скорость (V_{max}) бусинок будет равна (\sqrt{\frac{qE}{m}}).
Для ответа на этот вопрос можно воспользоваться законом сохранения механической энергии. При отсчете начала движения кинетическая энергия системы бусинок равна сумме потенциальных энергий в начальный момент времени (когда бусинки находятся в вершинах треугольника) и кинетической энергии, а также потенциальным энергиям в конечный момент времени (когда бусинки окажутся в углах разгона) :
(K_п + U_п = K_к + U_к)
Поскольку потенциальная энергия бусинки в вершине треугольника равна 0, а в точке разгона (бесконечности) равна 0, получаем, что (U_п = 0, U_к = 0), и формула превращается в:
(K_п = K_к)
Из формулы кинетической энергии (K = \frac{1}{2}mv^2), где (m) - масса бусинки, и (v) - её скорость, получаем:
(\frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}mV^2),
где (V) - максимальная скорость каждой бусинки. Так как (v < V), то скорость максимальна, когда бусинка находится в вершине треугольника, а (v) равна (0). Тогда максимальная скорость будет равна скорости, при которой бусинка окажется в вершине треугольника.
Пусть (v_0) - скорость бусинки в вершине треугольника. Тогда (v0^2 = V{max} = \frac{qE}{m}), где (E) - модуль электрического поля в вершине треугольника.
Таким образом, максимальная скорость (V_{max}) бусинок будет равна (\sqrt{\frac{qE}{m}}).