Решение задач из Савченко О.Я.

Условие:

\(3.1.10^*.\)
Бусинка с зарядом $q$ может двигаться без трения по натянутой нити длины $2L$, на концах которой закреплены заряды $Q$. Найдите приращение потенциальной энергии при смещении бусинки на $x$ вдоль нити из ее центра. Убедитесь, что при малых смещениях зависимость приращения потенциальной энергии от $x$ квадратичная. Найдите, на сколько сместится бусинка массы $m$, если в положении равновесия ей сообщат небольшую скорость $v$.


Решение:


$U_1=\frac{2kQq}{L}$ - начальная энергия системы.

$U_2=\frac{kQq}{L-x}+\frac{kQq}{L+x}$ - энергия системы после смещения бусины

$\Delta U=U_2-U_1$$=kQq(\frac{1}{L-x}+\frac{1}{L+x}-\frac{2}{L})$$\approx\fbox{$\frac{Qqx^2}{2\pi\varepsilon_0L^3}$}$

$E_k=\Delta U$

$\frac{m\upsilon^2}{2}=\frac{Qq\Delta x^2}{2\pi\varepsilon_0L^3}$$\Rightarrow \Delta x=\sqrt{\frac{m\upsilon^2\pi\varepsilon_0L^3}{Qq}}=\fbox{$\upsilon\sqrt{\frac{m\pi\varepsilon_0L^3}{Qq}}$}$

Ответ: $\Delta U=\frac{Qqx^2}{2\pi\varepsilon_0L^3}$; $\Delta x=\upsilon\sqrt{\frac{m\pi\varepsilon_0L^3}{Qq}}$

↑ наверх