$7.3.11.$ На свободный электрон начиная с момента времени $t = 0$ действует электрическое поле напряженности $E = E_0 \sin (\omega t + \varphi)$. Найдите максимальную и среднюю скорость электрона.
Решение
Начальная скорость равна 0, поэтому $$v=\int_0^t a dt\tag{1}$$ $II$ закон Ньютона: $$F=-Ee=am_e \tag{2}$$ Сделаем замену $a_0=\frac{eE_0}{m_e}$,$(2)\to(1)$ $$v(t)=-a_0\int_0^t \sin (\omega t + \varphi) dt=\frac{eE_0}{m_e\omega} \left(\cos (\omega t + \varphi)-\cos \varphi\right)\tag{3}$$ Учитывая множество значения косинуса, выражение в скобках может принимать значения $[-1-\cos \varphi;1-\cos \varphi]$. Тут надо быть аккуратным: помнить, что нам надо максимальный модуль скорости, и что $\cos \varphi$ может быть как положительным, так и отрицательным. В итоге, анализируя $(3)$, получим $$v_{max}=\frac{eE_0}{m_e\omega}(1+|\cos\varphi|)$$ Понятно, что скорость меняется периодично с периодом $T=\frac{2\pi}{\omega}$. Тогда среднее значение $$\bar{v}=\frac{1}{T}\int_0^Tv(t)dt\tag{4}$$ Позволю себе пропустить вычисление интеграла - помня, что интеграл от косинуса по его периоду равен $0$, это можно сделать очень быстро. В итоге получим, беря по модулю: $$\bar{v}=\frac{2eE_0}{m_e\omega}\cos\varphi$$