В трех вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника закреплены одиночные точечные заряды по 20 нКл каждый. По середине гипотенузы помещают заряженную частицу массой 3 мг и зарядом 40 нКл и отпускают. какую скорость приобретёт частица на большем расстоянии от зарядом? гипотенуза треугольника 5 см.
Для нахождения скорости частицы на большем расстоянии от заряженного треугольника можно воспользоваться законом сохранения энергии.
Начальная потенциальная энергия частицы определяется как работа, которую нужно совершить, чтобы переместить частицу из бесконечности на позицию начального положения вблизи треугольника. Положим, что точка находится на бесконечности в расстоянии R от зарядов треугольника. Потенциальная энергия частицы в этом случае: U1 = -k (q1 q3) / R, где k - постоянная Кулона (8.99 10^9 Нм^2/Кл^2), q1 - заряды вершин треугольника (20 нКл), q3 - заряд частицы (40 нКл).
Кинетическая энергия частицы в момент начала движения равна нулю, так как частица находится в состоянии покоя.
Кинетическая энергия частицы в момент выхода на бесконечность: K2 = -U1.
Потенциальная энергия частицы в момент нахождения на расстоянии r от зарядов треугольника: U2 = -k (q1 q3) / sqrt(2) + k (q1 q3) / r, где расстояние r определяется из геометрии треугольника как r = sqrt(2) * x.
Кинетическая энергия частицы в момент нахождения на расстоянии r от зарядов треугольника: K2 = -U2.
Используя закон сохранения энергии (K1 + U1 = K2 + U2), найдем скорость частицы на расстоянии r от зарядов треугольника: 1/2 m v1^2 + (-k (q1 q3) / R) = 1/2 m v2^2 + k (q1 q3) / sqrt(2) - k (q1 q3) / r, где v1 - начальная скорость частицы, v2 - скорость частицы на расстоянии r от зарядов треугольника, m - масса частицы (3 мг = 3 * 10^-6 кг).
Для нахождения скорости частицы на большем расстоянии от заряженного треугольника можно воспользоваться законом сохранения энергии.
Начальная потенциальная энергия частицы определяется как работа, которую нужно совершить, чтобы переместить частицу из бесконечности на позицию начального положения вблизи треугольника. Положим, что точка находится на бесконечности в расстоянии R от зарядов треугольника. Потенциальная энергия частицы в этом случае:
U1 = -k (q1 q3) / R,
где k - постоянная Кулона (8.99 10^9 Нм^2/Кл^2), q1 - заряды вершин треугольника (20 нКл), q3 - заряд частицы (40 нКл).
Кинетическая энергия частицы в момент начала движения равна нулю, так как частица находится в состоянии покоя.
Кинетическая энергия частицы в момент выхода на бесконечность:
K2 = -U1.
Потенциальная энергия частицы в момент нахождения на расстоянии r от зарядов треугольника:
U2 = -k (q1 q3) / sqrt(2) + k (q1 q3) / r,
где расстояние r определяется из геометрии треугольника как r = sqrt(2) * x.
Кинетическая энергия частицы в момент нахождения на расстоянии r от зарядов треугольника:
K2 = -U2.
Используя закон сохранения энергии (K1 + U1 = K2 + U2), найдем скорость частицы на расстоянии r от зарядов треугольника:
1/2 m v1^2 + (-k (q1 q3) / R) = 1/2 m v2^2 + k (q1 q3) / sqrt(2) - k (q1 q3) / r,
где v1 - начальная скорость частицы, v2 - скорость частицы на расстоянии r от зарядов треугольника, m - масса частицы (3 мг = 3 * 10^-6 кг).
Подставляя известные значения, получим:
1/2 3 10^-6 v1^2 + 8.99 10^9 (20 10^-9 40 10^-9) / 0.05 = 1/2 3 10^-6 v2^2 + 8.99 10^9 (20 10^-9 40 10^-9) / sqrt(2) - 8.99 10^9 (20 10^-9 40 10^-9) / (0.05 sqrt(2)).
Решая это уравнение, найдем скорость частицы на большем расстоянии от зарядов треугольника.