7.4.17∗. На покоящийся протон налетает из бесконечности другой протон со скоростью $\upsilon$. Прицельный параметр $\rho$. Определите, на какое расстояние они сблизятся.
Решение
Перейдём в СО, связанный с неподвижным протоном. Запишем закон сохранения энергии для данной системы: $$\frac{m_p\upsilon^2}{2} = \frac{m_p\upsilon'^2}{2} + 2\cdot\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\cdot\frac{e^2}{r_{min}}$$ Минимальное расстояние будет минимальным при условии того, что проекции скоростей на прямой, соединяющие эти два протона, равны нулю, т.е. векторы скорости перпендикулярны этой прямой. Запишем закон сохранения момента импульса: $$m_p\upsilon\rho = m_p\upsilon'r_{min}$$ Решая систему уравнений мы получим квадратное уравнение: $$r_{min}^2 - \frac{4e^2}{4\pi\varepsilon_0m_p\upsilon^2}r_{min}-\rho^2=0$$ Решив данное уравнение, мы получим: $$r_{min} = \frac{e^2}{2\pi\varepsilon_0m_p\upsilon^2}+\sqrt{\rho^2+(\frac{e^2}{2\pi\varepsilon_0m_p\upsilon^2})^2}$$