Edits to “Условие”, “Решение”, “Ответ”

emixter edited
revision #14130 parent #14129 ← older
@@ -1,11 +1,41 @@
### Условие
−$6.5.21.$ [Вставьте условие задачи]
+$6.5.21.$ Заряженное тело сжали так, что все его линейные размеры уменьшились в $n$ раз. Во сколько раз увеличилась энергия электрического поля этого тела?
### Решение
−рпо
+Разобъём наше тело на бесконечно малые области с точечным зарядом $dq$, тогда такой заряд будет создавать электрическое поле в точке с координатой ($x$, $y$, $z$) в декартовой системе:
+$$E=\frac{1}{4\pi \varepsilon_{0}}\cdot \frac{dq}{x^{2}+y^{2}+z^{2}}$$
+
+Энергия электростатического поля равна:
+
+$$W=\frac{1}{2}\varepsilon_{0}\int E^{2}dV$$
+
+Элементарный объём в декартовой системе: $dV=dxdydz$. Подставляя всё в формулу для энергии, получим:
+
+$$W=\frac{1}{2}\varepsilon_{0}\int \left( \frac{1}{4\pi \varepsilon_{0}}\cdot \frac{dq}{x^{2}+y^{2}+z^{2}} \right)^{2}dxdydz=\frac{1}{32\pi^{2}\varepsilon_{0}}\int \left( \frac{dq}{x^{2}+y^{2}+z^{2}} \right)^{2}dxdydz \tag{1}$$
+
+Если у нашего тела все линейные размеры уменьшить в $n$ раз, то новые координаты будут:
+
+$$x_{1}=\frac{x}{n}\Rightarrow x=nx_{1}$$
+$$y_{1}=\frac{y}{n}\Rightarrow y=ny_{1}$$
+$$z_{1}=\frac{z}{n}\Rightarrow z=nz_{1}$$
+
+Заряд тела не изменяется при сжатии. Подставим изменение координат в интеграл:
+
+$$W=\frac{1}{32\pi^{2}\varepsilon_{0}}\int \left( \frac{dq}{x^{2}+y^{2}+z^{2}} \right)^{2}dxdydz=\frac{1}{32\pi^{2}\varepsilon_{0}}\int \left( \frac{dq}{x_{1}^{2}+y_{1}^{2}+z_{1}^{2}} \right)^{2}\cdot \frac{n^{3}}{n^{4}}\cdot dx_{1}dy_{1}dz_{1} \tag{2}$$
+
+Энергия электростатического поля тела с новыми размерами по аналогии с (1):
+
+$$W_{1}=\frac{1}{32\pi^{2}\varepsilon_{0}}\int \left( \frac{dq}{x_{1}^{2}+y_{1}^{2}+z_{1}^{2}} \right)^{2}dx_{1}dy_{1}dz_{1}$$
+
+Тогда (2) можно переписать так:
+
+$$W=\frac{n^{3}}{n^{4}}W_{1}=\frac{W_{1}}{n}$$
+
+Отсюда $W_{1}=n\cdot W$ - энергия увеличилась в $n$ раз.
+
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+Увеличилась в $n$ раз.