Шарик массой m, имеющий положительный заряд q, падает с высоты h на горизонтальную отрицательно заряженную пластину, создающую однородное электрическое поле с модулем напряжённости Е. Чему равен модуль импульса, который шарик передаст пластине в результате абсолютно упругого удара?
от

1 Ответ

дано:  
- масса шарика m (кг)  
- заряд шарика q (Кл)  
- высота h (м)  
- модуль напряженности электрического поля E (Н/Кл)  

найти:  
модуль импульса, который шарик передаст пластине в результате абсолютно упругого удара.

решение:  
1. Сначала найдем скорость шарика v перед ударом о пластину. Для этого используем закон сохранения энергии. Потенциальная энергия на высоте h превращается в кинетическую энергию при падении:

m * g * h = 0.5 * m * v^2

Откуда можно выразить скорость v:

v = sqrt(2 * g * h)

где g – ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с^2).

2. Далее определим силу, с которой действует электрическое поле на шарик во время его движения к пластине. Сила F, действующая на шарик, равна:

F = q * E

3. Теперь найдем ускорение a шарика под действием этой силы:

a = F / m = (q * E) / m

4. Во время падения шарика к пластине он будет испытывать это ускорение. Мы можем найти конечную скорость v' шарика после участия электрического поля до момента удара. Поскольку мы рассматриваем движение шарика вниз под воздействием силы тяжести и силы со стороны электрического поля, полное ускорение a' будет равно:

a' = g + (q * E) / m

5. Используем уравнение для вычисления скорости v' на время t падения с учетом этого нового ускорения. Время t падения можно найти из уравнения для перемещения (считаем начальную скорость равной нулю):

h = 0.5 * a' * t^2

Решая это уравнение для времени t:

t = sqrt(2 * h / a')

6. Подставляем a':

t = sqrt(2 * h / (g + (q * E) / m))

7. Теперь давайте подставим т в уравнение для скорости v':

v' = g * t = g * sqrt(2 * h / (g + (q * E) / m))

8. Импульс p, который шарик передает пластине, можно рассчитать как:

p = m * v'

Если учитывать, что в результате абсолютно упругого удара шарик изменяет направление, то модуль импульса будет равен:

p = m * 2 * v'

Подставляем в формулу v':

p = m * 2 * g * sqrt(2 * h / (g + (q * E) / m))

ответ:  
Модуль импульса, который шарик передаст пластине в результате абсолютно упругого удара, равен m * 2 * g * sqrt(2 * h / (g + (q * E) / m)).
от