Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»

emixter правка от
правка #17843 предыдущая #17842 ← раньше
@@ -1,11 +1,35 @@
### Условие
−$8.4.3.$ [Вставьте условие задачи]
+$8.4.3.$ Для измерения напряжения применяются вольтметры двух типов: электромагнитные, измеряющие напряжение по току, проходящему через рамку прибора, и электростатические, грубая схема которых дана на рисунке. Через изолирующую пробку к двум параллельным пластинам подходит провод. Пластины удерживаются на месте пружиной жесткости $k$. Потенциал проводящей коробочки $\varphi_{B}$. Определите потенциал $\varphi_{A}$, если растяжение пружины равно $x$. В нерастянутом состоянии пружины расстояние от пластин до стенок коробочки $l$; площадь пластин $S\gg l^{2},x^{2}$.
+![К задаче $8.4.3$|207x95, 40%](../../img/8.4.3/8.4.3.png)
+
### Решение
−asd
+Рассмотрю, какие силы действуют, например, на верхнюю пластину. На неё действует электрическая сила, возникающая из-за разности потенциалов между пластиной (потенциал $\varphi_{A}$) и стенкой внешнего металлического корпуса (потенциал $\varphi_{B}$). Пластина притягивается к стенке корпуса. А также действует сила упругости пружины, которая стремится вернуть пластину в исходное положение. В состоянии покоя:
+$$kx=F_{эл} \tag{1}$$
+
+Пластина и стенка корпуса образуют конденсатор. При растяжении пружины на $x$ каждая пластина смещается к ближайшей стенке на $\frac{x}{2}$ из симметрии. Тогда расстояние между пластинами в конденсаторе будет: $l-\frac{x}{2}$. Ёмкость такого конденсатора будет:
+
+$$C=\frac{\varepsilon_{0}S}{l-\frac{x}{2}} \tag{2}$$
+
+Электрическая энергия в конденсаторе:
+
+$$W=\frac{CU^{2}}{2}=\frac{\varepsilon_{0}S(\varphi_{A}-\varphi_{B})^{2}}{2(l-\frac{x}{2})} \tag{3}$$
+
+Модуль электрической силы взаимодействия пластин это модуль градиента электрической энергии в конденсаторе:
+
+$$F_{эл}=\left| \frac{dW}{dx} \right|=-\frac{\varepsilon_{0}S(\varphi_{A}-\varphi_{B})^{2}}{2(l-\frac{x}{2})^{2}}\cdot(-\frac{1}{2})=\frac{\varepsilon_{0}S(\varphi_{A}-\varphi_{B})^{2}}{4(l-\frac{x}{2})^{2}} \tag{4}$$
+
+Подставим (4) в (1):
+
+$$kx=\frac{\varepsilon_{0}S(\varphi_{A}-\varphi_{B})^{2}}{4(l-\frac{x}{2})^{2}} \tag{5}$$
+
+Отсюда:
+
+$$\varphi_{A}=\varphi_{B}+2\left( l-\frac{x}{2} \right)\sqrt{\frac{kx}{\varepsilon_{0}S}}$$
+
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$$\varphi_{A}=\varphi_{B}+2\left( l-\frac{x}{2} \right)\sqrt{\frac{kx}{\varepsilon_{0}S}}$$