Решение на момент правки #20618 от , автор radaryv. Это не текущая версия.

Условие

14.4.4. Во сколько раз изменится время движения электрона в задаче 14.4.3, если конденсатор и испущенные электроны двигаются со скоростью : а) поперек пластин? б) параллельно пластинам? Чему равны в случаях а) и б) скорости электронов на второй пластине?

Решение

Пусть - система отсчёта конденсатора, а - лабораторная система. Ось направим по нормали к пластинам в сторону движения электрона, а ось - вдоль пластин; параллельные им оси системы обозначим через и . Показания часов в системах и обозначим соответственно через и . В системе электрон проходит расстояние за время и достигает второй пластины со скоростью . Через обозначим скорость света, через - массу покоя электрона, через - модуль его заряда, а через - модуль напряжённости поля конденсатора.

Сначала выразим расстояние через данные задачи. Работа электрического поля равна приращению энергии электрона; здесь - множитель Лоренца, соответствующий скорости :

Импульс электрона за время изменяется от нуля до , поэтому

Разделив первое равенство на второе, получим

Расчётный чертёж показывает направления скорости конденсатора в обоих случаях. Точка - место испускания электрона, точка - место его попадания на вторую пластину. Штриховая стрелка изображает движение электрона
в системе .

К задаче $14.4.4$
К задаче

Обозначим через множитель Лоренца, соответствующий скорости :

Если система движется относительно вдоль некоторой оси со скоростью , обозначим через интервал между двумя событиями в лабораторной системе , через --- интервал между теми же событиями в системе , а через --- изменение координаты вдоль направления относительного движения систем в системе . Тогда преобразования Лоренца дают

а) Конденсатор движется поперек пластин.

Будем считать, что скорость направлена вдоль в сторону движения электрона. Поэтому между событиями
испускания и попадания электрона на вторую пластину , а изменение координаты равно .
Следовательно, лабораторное время движения равно

Чтобы найти скорость на второй пластине, запишем преобразования
и
и разделим их приращения. Получаем скорость электрона в системе :

б) Конденсатор движется параллельно пластинам.

Теперь скорость направлена вдоль , а для двух рассматриваемых событий изменение координаты равно . Поэтому лабораторное время движения равно

Из преобразований , и следует, что на второй пластине компоненты скорости электрона в системе равны

Следовательно, модуль его скорости равен

Ответ

а) время увеличится в

раза, а

б) время увеличится в

раза, а

В ответах сборника эти две пары формул напечатаны под переставленными обозначениями пунктов а) и б). Приведённый здесь ответ соответствует направлениям движения, указанным в условии.