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

radaryv edited
revision #20616 parent #20615 ← older newer →
@@ -1,93 +1,65 @@
### Условие
−$14.4.4.$ Во сколько раз изменится время движения электрона
−в задаче 14.4.3, если конденсатор и испущенные электроны двигаются со
−скоростью $u$: а) поперек пластин? б) параллельно пластинам? Чему равны в
−случаях а) и б) скорости электронов на второй пластине?
+$14.4.4.$ Во сколько раз изменится время движения электрона в задаче 14.4.3, если конденсатор и испущенные электроны двигаются со скоростью $u$: а) поперек пластин? б) параллельно пластинам? Чему равны в случаях а) и б) скорости электронов на второй пластине?
### Решение
−Пусть $K'$ - система отсчёта конденсатора, а $K$ - лабораторная система.
−Ось $x'$ направим по нормали к пластинам в сторону движения электрона, а ось
−$y'$ - вдоль пластин; параллельные им оси системы $K$ обозначим через $x$
−и $y$. Показания часов в системах $K'$ и $K$ обозначим соответственно через
−$t'$ и $t$. В системе $K'$ электрон проходит расстояние $d$ за
−время $\tau$ и достигает второй пластины со скоростью $v$. Через $c$ обозначим
−скорость света, через $m_e$ - массу покоя электрона, через $e$ - модуль его
−заряда, а через $E$ - модуль напряжённости поля конденсатора.
+Пусть $K'$ - система отсчёта конденсатора, а $K$ - лабораторная система. Ось $x'$ направим по нормали к пластинам в сторону движения электрона, а ось $y'$ - вдоль пластин; параллельные им оси системы $K$ обозначим через $x$ и $y$. Показания часов в системах $K'$ и $K$ обозначим соответственно через $t'$ и $t$. В системе $K'$ электрон проходит расстояние $d$ за время $\tau$ и достигает второй пластины со скоростью $v$. Через $c$ обозначим скорость света, через $m_e$ - массу покоя электрона, через $e$ - модуль его заряда, а через $E$ - модуль напряжённости поля конденсатора.
−Сначала выразим расстояние $d$ через данные задачи. Работа электрического поля
−$eEd$ равна приращению энергии электрона; здесь $\gamma_v$ - множитель
−Лоренца, соответствующий скорости $v$:
+Сначала выразим расстояние $d$ через данные задачи. Работа электрического поля $eEd$ равна приращению энергии электрона; здесь $\gamma_v$ - множитель Лоренца, соответствующий скорости $v$:
\[
eEd=(\gamma_v-1)m_ec^2,
\qquad
\gamma_v=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}.
\]
−Импульс электрона за время $\tau$ изменяется от нуля до $\gamma_vm_ev$,
−поэтому
+Импульс электрона за время $\tau$ изменяется от нуля до $\gamma_vm_ev$, поэтому
\[
eE\tau=\gamma_vm_ev.
\]
Разделив первое равенство на второе, получим
\[
d=\frac{c^2\tau}{v}\left(1-\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}\right).
\]
−Расчётный чертёж показывает направления скорости конденсатора в обоих
−случаях. Точка $A$ --- место испускания электрона, точка $B$ --- место его
−попадания на вторую пластину. Штриховая стрелка изображает движение электрона
+Расчётный чертёж показывает направления скорости конденсатора в обоих случаях. Точка $A$ - место испускания электрона, точка $B$ - место его попадания на вторую пластину. Штриховая стрелка изображает движение электрона
в системе $K'$.
![К задаче $14.4.4$|822x352, 70%](../../img/14.4.4/2026-09-08_14-36-39.png)
Обозначим через $\gamma_u$ множитель Лоренца, соответствующий скорости $u$:
\[
\gamma_u=\frac{1}{\sqrt{1-u^2/c^2}}.
\]
−Если система $K'$ движется относительно $K$ вдоль некоторой оси $s$ со
−скоростью $u$, обозначим через $\Delta t$ интервал между двумя событиями в
−лабораторной системе $K$, через $\Delta t'$ --- интервал между теми же
−событиями в системе $K'$, а через $\Delta s'$ --- изменение координаты вдоль
−направления относительного движения систем в системе $K'$. Тогда
−преобразования Лоренца дают
+Если система $K'$ движется относительно $K$ вдоль некоторой оси $s$ со скоростью $u$, обозначим через $\Delta t$ интервал между двумя событиями в лабораторной системе $K$, через $\Delta t'$ --- интервал между теми же событиями в системе $K'$, а через $\Delta s'$ --- изменение координаты вдоль направления относительного движения систем в системе $K'$. Тогда преобразования Лоренца дают
\[
\Delta t=\gamma_u\left(\Delta t'
+\frac{u\,\Delta s'}{c^2}\right).
\]
а) Конденсатор движется поперек пластин.
−Будем считать, что скорость $u$ направлена вдоль $x'$ в сторону движения
−электрона. Поэтому между событиями
−испускания и попадания электрона на вторую пластину
−$\Delta t'=\tau$, а изменение координаты $x'$ равно $\Delta x'=d$.
−Следовательно, лабораторное время движения
−$t_a$ равно
+Будем считать, что скорость $u$ направлена вдоль $x'$ в сторону движения электрона. Поэтому между событиями
+испускания и попадания электрона на вторую пластину $\Delta t'=\tau$, а изменение координаты $x'$ равно $\Delta x'=d$.
+Следовательно, лабораторное время движения $t_a$ равно
\[
t_a=\gamma_u\left(\tau+\frac{ud}{c^2}\right)
=\frac{\tau}{\sqrt{1-u^2/c^2}}
\left[1+\frac{u}{v}
\left(1-\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}\right)\right].
\]
Чтобы найти скорость на второй пластине, запишем преобразования
$x=\gamma_u(x'+ut')$ и
−$t=\gamma_u(t'+ux'/c^2)$ и разделим их приращения. Получаем скорость
−$v_a$ электрона в системе $K$:
+$t=\gamma_u(t'+ux'/c^2)$ и разделим их приращения. Получаем скорость $v_a$ электрона в системе $K$:
\[
v_a=\frac{v+u}{1+uv/c^2}.
\]
**б) Конденсатор движется параллельно пластинам.**
−Теперь скорость $u$ направлена вдоль $y'$, а для двух рассматриваемых событий
−изменение координаты $y'$ равно $\Delta y'=0$. Поэтому лабораторное время
−движения $t_b$ равно
+Теперь скорость $u$ направлена вдоль $y'$, а для двух рассматриваемых событий изменение координаты $y'$ равно $\Delta y'=0$. Поэтому лабораторное время движения $t_b$ равно
\[
t_b=\gamma_u\tau=\frac{\tau}{\sqrt{1-u^2/c^2}}.
\]
−Из преобразований
−$y=\gamma_u(y'+ut')$, $t=\gamma_u(t'+uy'/c^2)$ и $x=x'$ следует, что на
−второй пластине компоненты скорости электрона в системе $K$ равны
+Из преобразований $y=\gamma_u(y'+ut')$, $t=\gamma_u(t'+uy'/c^2)$ и $x=x'$ следует, что на второй пластине компоненты скорости электрона в системе $K$ равны
\[
v_x=\frac{v}{\gamma_u},
\qquad
@@ -119,6 +91,4 @@Ответ
\boxed{v_b=\sqrt{v^2+u^2-\frac{v^2u^2}{c^2}}}.
\]
−В ответах сборника эти две пары формул напечатаны под
−переставленными обозначениями пунктов а) и б). Приведённый здесь ответ
−соответствует направлениям движения, указанным в условии.
+В ответах сборника эти две пары формул напечатаны под переставленными обозначениями пунктов а) и б). Приведённый здесь ответ соответствует направлениям движения, указанным в условии.