В процессе колебаний в идеальном колебательном контуре в момент времени t заряд конденсатора 4 нКл, а сила тока в катушке 3 мА. Период колебаний 6,3 мкс. Определить амплитуду колебаний заряда.
от

1 Ответ

дано:

- заряд конденсатора Q = 4 нКл = 4 * 10^(-9) Кл
- сила тока I = 3 мА = 3 * 10^(-3) А
- период колебаний T = 6,3 мкс = 6,3 * 10^(-6) с

найти: амплитуду колебаний заряда Q_max

решение:

1. В идеальном колебательном контуре заряд и сила тока связаны следующим образом:
I(t) = I_max * cos(ωt),
где I_max – максимальная сила тока, ω – циклическая частота.

2. Циклическая частота ω может быть найдена через период:
ω = 2π / T.

Подставим значение T:
ω = 2π / (6,3 * 10^(-6)) ≈ 999,68 * 10^3 рад/с.

3. Сила тока в момент времени t также выражается через заряд:
I(t) = -dQ/dt.

4. Мы знаем, что:
Q(t) = Q_max * sin(ωt).

5. Найдем производную dQ/dt:
dQ/dt = Q_max * ω * cos(ωt).

6. У нас есть два уравнения для силы тока:
I = -Q_max * ω * cos(ωt).

7. Теперь выразим cos(ωt):
cos(ωt) = -I / (Q_max * ω).

8. Также мы можем использовать соотношение для заряда:
Q = Q_max * sin(ωt).

9. Заметим, что:
sin²(ωt) + cos²(ωt) = 1.

10. Подставим в это уравнение:
(Q/Q_max)² + (I/(Q_max * ω))² = 1.

11. Подставим известные значения:
(4 * 10^(-9) / Q_max)² + (3 * 10^(-3) / (Q_max * 999680))² = 1.

12. Обозначим Q_max = A:
(4 * 10^(-9) / A)² + (3 * 10^(-3) / (A * 999680))² = 1.

13. Упростим уравнение:
(16 * 10^(-18) / A²) + (9 * 10^(-6) / (A² * (999680)²)) = 1.

14. Переносим все к одному общему знаменателю:
(16 * 10^(-18) * (999680)² + 9 * 10^(-6)) = A².

15. Найдем (999680)²:
(999680)² ≈ 999360000000.

16. Подставим значение:
A² = 16 * 10^(-18) * 999360000000 + 9 * 10^(-6).

17. Вычислим:
A² ≈ 15,98976 * 10^(-6) + 9 * 10^(-6) = 24,98976 * 10^(-6).

18. Находим A:
A = √(24,98976 * 10^(-6)) ≈ 4,99 * 10^(-3) Кл = 4,99 нКл.

ответ: амплитуда колебаний заряда составляет приблизительно 4,99 нКл.
от