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

emixter edited
revision #15334 parent #15333 ← older
@@ -1,11 +1,39 @@
### Условие
−$7.4.21.$ [Вставьте условие задачи]
+$7.4.21.$ Частица массы $m$, имеющая заряд $q$, со скоростью $\upsilon_{0}$ приближается с большого расстояния к заряженному незакрепленному кольцу, двигаясь по его оси. Радиус кольца $R$, заряд $Q$, масса $M$. Вначале кольцо покоится. Чему будет равна скорость частицы, когда она будет проходить через центр кольца?
### Решение
−sdf
+Из-за электрического взаимодействия между кольцом и частицей, кольцо начнёт двигаться. Направление движения кольца зависит от знаков зарядов частицы и кольца. Если $qQ\gt 0$, то кольцо будет "убегать" от частицы. Если $qQ\lt 0$, то кольцо будет двигаться навстречу частице.
−#### Ответ
+Пусть в момент, когда частица проходит через центр кольца, она имеет скорость $\upsilon$, а кольцо имеет скорость $V$. Система замкнута и изолирована. Запишем закон сохранения импульса:
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$$m\upsilon_{0}=m\upsilon+MV$$
+
+Отсюда скорость кольца:
+
+$$V=\frac{m(\upsilon_{0}-\upsilon)}{M} \tag{1}$$
+
+Потенциальная энергия электрического взаимодействия на бесконечности равна 0. Потенциальная энергия частицы в центре кольца:
+
+$$U=\frac{qQ}{4\pi\varepsilon_{0}R}$$
+
+Запишем закон сохранения энергии:
+
+$$\frac{1}{2}m\upsilon_{0}^{2}=\frac{1}{2}m\upsilon^{2}+\frac{1}{2}MV^{2}+\frac{qQ}{4\pi\varepsilon_{0}R} \tag{2}$$
+
+Подставим (1) в (2) и после математических преобразований получим квадратное уравнение относительно $\upsilon$:
+
+$$(m+M)\upsilon^{2}-2m\upsilon_{0}\upsilon+(m-M)\upsilon_{0}^{2}+\frac{qQM}{2\pi\varepsilon_{0}mR}=0$$
+
+Решая его и выбирая физически допустимый (положительный) корень, получаем ответ:
+
+$$\upsilon=\frac{m\upsilon_{0}}{m+M}+\sqrt{\left( \frac{M\upsilon_{0}}{m+M} \right)^{2}-\frac{QqM}{2\pi\varepsilon_{0}Rm(m+M)}}$$
+
+В случае $qQ\gt 0$ (отталкивание) частица должна иметь минимально допустимую скорость, чтобы достичь центра кольца:
+
+$$\upsilon_{0_{min}}=\sqrt{\frac{Qq(m+M)}{2\pi\varepsilon_{0}RMm}}$$
+
+### Ответ
+
+$$\upsilon=\frac{m\upsilon_{0}}{m+M}+\sqrt{\left( \frac{M\upsilon_{0}}{m+M} \right)^{2}-\frac{QqM}{2\pi\varepsilon_{0}Rm(m+M)}}$$