The solution at revision #14185 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

6.3.36. С помощью электрофорной машины металлический шарик 1 можно зарядить до заряда . Затем, через соприкосновение с металлическим же шариком 2, можно передать тому часть заряда. При первом соприкосновении на шарик 2 перешел заряд . Определите, до какого заряда, многократно повторяя процесс, можно зарядить шарик 2.

К задаче $6.3.36$
К задаче

Решение

Допустим, что мы уже произвели раз такую процедуру передачи заряда между шариками. Тогда перед разом, у нас шарик 2 уже имеет заряд , а шарик 1 вновь восстановил свой заряд до значения с помощью электрофорной машины. Суммарный заряд в нашей системе двух заряженных шариков: .

Когда шарики соприкасаются, их потенциалы становятся равными. Тогда после соприкосновения заряды распределяются так, чтобы:


где и соответствующие радиусы шариков 1 и 2.

По закону сохранения заряда:

Выразим из (1) :

Подставим это выражение в (2):

Выразим отсюда :

Введём обозначение:

Тогда получим такую рекурсию:

В случае многократного обмена, когда и конечности величины , можно считать, что . Наша рекурсия получит вид:

Выразим отсюда :

Нам необходимо найти . По условию задачи при первом соприкосновении на шарик 2 перешел заряд , то есть , а до этого шарик 2 не имел заряда, это значит . Подставим эти значения в рекурентную формулу (3):


Теперь подставим в (4):


Ответ