Решение до правки #14942 от , автор jzmicer. Это не текущая версия.

Условие

6.4.14∗. На непроводящий диск (1) наклеены четыре проводящих лепестка (2) площади каждый. При вращении диска лепестки поочередно входят в промежуток между экранирующими обкладками (3), касаясь при этом скользящих заземленных контактов (4). Контакт прерывается, когда лепесток выходит из обкладок. Затем лепесток касается электрода (5), подсоединенного к конденсатору емкости . После прерывания контакта с электродом лепесток входит в зазор второй пары обкладок и т. д. Во сколько раз напряжение на конденсаторе увеличится после оборотов диска? Зазор между лепестком и экранирующими обкладками мал по сравнению с размерами лепестка.

[P.S. В условии необходимо указать, что конденсатор заряженный]

К задаче $6.4.14$

Решение

В этой задаче описывается принцип работы электростатической машины, способной с помощью механической работы генерировать достаточно большие напряжения.

Пусть после оборотов диска напряжение на конденсаторе равно , потенциалы на его обкладках равны .

Когда лепесток касается заземлённого контакта, его потенциал равен 0.
Когда проводящий лепесток (2) входит в промежуток между экранирующими обкладками (3)(напримеря, подключёнными к обкладке с потенциалом ) он становится частью 2 плоских конденсаторов (последовательно соединенных) с площадью пластин и зазором .Каждый конденсатор имеет ёмкость

Разность потенциалов на каждом конденсаторе равна . Поэтому на лепестке индуцируется заряд

Этот заряд при касании с электродом (5) перетекает на обкладку конденсатора , в это же время противоположный лепесток (как следует из аналогичных рассуждений) передаёт на вторую обкладку заряд . Поэтому напряжение на конденсаторе увеличивается:

В этой формуле несложно узнать рекуррентное соотношение для геометрической прогрессии. Пользуясь свойствами такой прогрессиии, найдем напряжение на конденсаторе после циклов:

Теперь учтем, что за один оборот диска каждый из 4 лепестков проходит 2 цикла, а в одном цикле учавствуют 2 лепестка, поэтому итоговый ответ:

P.S. У Савченко ошибка в ответе

Ответ