7.4.19∗. Два заряда поместили на расстоянии $l$ друг от друга и отпустили. Через время $t_0$ расстояние между зарядами удвоилось. Эти же заряды поместили на расстоянии $3l$ и отпустили. Через какое время расстояние между зарядами удвоится?
Решение
Разобьём пкркмещения шариков в обоих случмях на участки так, чтобы относительные перемещения были и в первом, и во втором случае одинаков. Относительное перемещение: $k = \frac{x}{x_0}$. Начальное расстояние $2x_0$, конечное - $2x$.
Если $k$ изменилось на $\Delta k$, то $\Delta x = \Delta kx_0$. Для первого случая $\Delta x_1 = \Delta k \frac{l}{2}$ ($2x_0 = l$), для второго - $\Delta x_2 = \Delta k \frac{3l}{2}$ ($2x_0 = 3l$). Тогда их отношение равно: $$\frac{\Delta x_2}{\Delta x_1} = 3$$ Найдём отношения средних скоростей в конце в обоих случаях. Закон сохранения энергии для системы. $$mv^2 + k\frac{q^2}{2x} = k\frac{q^2}{2x_0}$$ Тогда скорость: $$v = \sqrt{k\frac{q^2}{m}(\frac{x - x_0}{xx_0})} = \sqrt{k\frac{q^2}{m}(\frac{k-1}{kx_0})}$$ Отношение скоростей в первом и во втором случаях: $$\frac{v_1}{v_2} = \sqrt{3}$$ Если $k$ изменится на $\Delta k$, то верно отношение для средних скоростей: $$\frac{v_{ср1}}{v_{ср2}} = \sqrt{3}$$ Время определяется: $$t = \frac{\Delta x}{v_{ср}}$$ Тогда: $$\frac{t_1}{t_0} = \frac{\Delta x_2v_{ср1}}{\Delta x_1v_{ср2}} = 3\sqrt{3} \quad \Rightarrow \quad t_1 = 3\sqrt{3}t_0$$