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

emixter edited
revision #14491 parent #14490 ← older newer →
@@ -1,11 +1,29 @@
### Условие
−$7.1.18.$ [Вставьте условие задачи]
+$7.1.18.$ В однородном электрическом поле напряженности $E$ гантель совершает колебания так, что в момент, когда она расположена поперек поля, скорости шариков гантели равны нулю. Определите скорость шариков в момент, когда гантель расположена вдоль поля. Масса шариков $m$, заряд $\pm q$, расстояние между центрами $l$.
### Решение
−ryr
+Гантель может свободно вращаться в плоскости вокруг центра масс, который остаётся неподвижным. Мы рассматриваем консервативную систему, в которой силами, совершающими работу, являются электрические силы, и соответственно мы можем применять закон сохранения энергии.
+Пусть угол между гантелью и направлением поля равен $\theta$, отсчитываемый от положения, когда гантель перпендикулярна полю (то есть начальное положение соответствует $\theta=\frac{\pi}{2}$, а конечное — $\theta=0$).
+
+Потенциальная энергия заряженных частиц в электрическом поле:
+
+$$U=-q\vec E\cdot \vec r_{+}+q\vec E\cdot \vec r_{-}$$
+
+где $\vec r_{+}$ и $\vec r_{-}$ — радиус-векторы положительно и отрицательно заряженных шариков. Если центр гантели в начале находится в точке $O$, то шарики находятся на расстоянии $\frac{l}{2}$ от центра, а проекция этих точек на поле — это $\frac{l}{2}\cos\theta$ и $-\frac{l}{2}\cos\theta$. Тогда потенциальная энергия:
+
+$$U=-qE\cdot \frac{l}{2}\cos\theta+qE\cdot \left( -\frac{l}{2}\cos\theta \right)=-qEl\cos\theta$$
+
+Кинетическая энергия создаётся за счёт вращения. Обе массы находятся на расстоянии $\frac{l}{2}$ от центра, и если угловая скорость гантели — $\omega$, то линейная скорость каждого шарика:
+
+$$\upsilon=\omega \cdot \frac{l}{2}$$
+
+Кинетическая энергия всей гантели:
+
+$$K=2\cdot \frac{1}{2}m\upsilon^{2}=m\left( \omega \cdot \frac{l}{2} \right)^{2}=\frac{1}{4}m\omega^{2}l^{2}$$
+
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$$\upsilon=\sqrt{\frac{qEl}{m}}$$