Zadanie 11
Satelita znajdujący się nad powierzchnią Ziemi posiada energię potencjalna i kinetyczną. Energię kinetyczną można wyznaczyć obliczając prędkość jaką należy nadać ciału o masie m aby zostało satelitą Ziemi na wysokości h: Ponieważ ta orbita jest wokół Ziemi o pewnej masie M, więc na ciało o masie m poruszające się po orbicie o promieniu R+h działa siła grawitacji o wartości:
Siły te równoważą się:
Tak więc energia kinetyczna satelity wynosi:
Natomiast energia potencjalna satelity wynika z jego oddziaływania z Ziemią: Więc ostatecznie całkowita energia wynosi:
Zadanie 12
x
l
a
dE
dl
Natężenie znajdziemy jako wypadkową elementarnych natężeń działających na ładunek punktowy. Mamy:
Ponieważ nić naładowana jest równomiernie, możemy wyznaczyć dQ:
Wprowadźmy współrzędną y jako współrzędną położenia dl, wtedy
x = l + a – y
Wtedy
Przy całkowaniu y zmienia się od 0 do l, zatem:
Zadanie 13
Proton został przyspieszony różnicą potencjałów U, z tego wynika, że cała jego energia kinetyczna stąd pochodzi:
gdzie: m = mp, a q = e
Cząstka wpadając w pole elektryczne ma tylko składową poziomą prędkości.
Ta składowa się nie zmienia – więc rozpatrujemy poziomo ruch jednostajny
prostoliniowy. W polu elektrycznym podlega sile i uzyskuje pionową składową prędkości.
W kierunku poziomym:
i ta prędkość jest stała, niezależna od czasu.
W kierunku pionowym działa siła q E:
Obliczając stosunek prędkości, będziemy mieli odchylenie w polu (kąt odchylenia):
Podstawiając masy protonów i ładunek elementarny otrzymujemy:
Zadanie 14
Korzystamy ze wzoru na siłę elektromotoryczną indukcji indukowaną przez zmienne pole magnetyczne (Prawo Faradaya):
Powstaje ona w wyniku zmiany strumienia magnetycznego w czasie. Strumień
magnetyczny opisujemy wzorem:
Ponieważ pręt porusza się w prostopadłym polu magnetycznym, więc wektory S i B są do siebie równoległe. Biorąc pod uwagę prędkość pręta (zmienia się pole prostokąta utworzonego przez szyny, pręt i opór) otrzymujemy:
Zadanie 15
Satelita znajdujący się nad powierzchnią Ziemi posiada energię potencjalna i kinetyczną. Energię kinetyczną można wyznaczyć obliczając prędkość jaką należy nadać ciału o masie m aby zostało satelitą Ziemi na wysokości h: Ponieważ ta orbita jest wokół Ziemi o pewnej masie M, więc na ciało o masie m poruszające się po orbicie o promieniu R+h działa siła grawitacji o wartości:
Siły te równoważą się:
Tak więc energia kinetyczna satelity wynosi:
Natomiast energia potencjalna satelity wynika z jego oddziaływania z Ziemią: Więc ostatecznie całkowita energia wynosi:
Podstawiając h = R/4, oraz pamiętając, że musimy uzależnić od g i R, otrzymujemy:
Zadanie 16
Cząstka alfa została przyspieszona różnicą potencjałów U, z tego wynika, że cała jej energia kinetyczna stąd pochodzi:
gdzie: m = 4 mp, a q = 2 e
Cząstka wpadając w pole elektryczne ma tylko składową poziomą prędkości.
Ta składowa się nie zmienia – więc rozpatrujemy poziomo ruch jednostajny prostoliniowy. W polu elektrycznym podlega sile i uzyskuje pionową składową prędkości. Przez to następuje wzrost energi kinetycznej cząstki:
W kierunku poziomym:
i ta prędkość jest stała, niezależna od czasu.
W kierunku pionowym działa siła q E:
Prędkość wypadkową obliczamy:
Obliczamy energię końcową po czasie t:
Podstawiając masy protonów i ładunek elementarny otrzymujemy:
Musimy jeszcze usunąć czas a wprowadzić L. Cząstka wychodzi z pola poruszając się w kierunku poziomy z prędkością:
Ze wzoru na drogę w ruchu jednostajnym prostoliniowym możemy wyznaczyć czas i wstawić do wzoru na całkowitą energię:
i ostatecznie:
Zadanie 17
Satelita znajdujący się nad powierzchnią Ziemi posiada energię potencjalna i kinetyczną. Energię kinetyczną można wyznaczyć obliczając prędkość jaką należy nadać ciału o masie m aby zostało satelitą Ziemi na wysokości h: Ponieważ ta orbita jest wokół Ziemi o pewnej masie M, więc na ciało o masie m poruszające się po orbicie o promieniu R+h działa siła grawitacji o wartości:
Siły te równoważą się:
Tak więc energia kinetyczna satelity wynosi:
Natomiast energia potencjalna satelity wynika z jego oddziaływania z Ziemią: Więc ostatecznie całkowita energia wynosi:
Zadanie 18
Proton został przyspieszony różnicą potencjałów U, z tego wynika, że cała jego energia kinetyczna stąd pochodzi:
gdzie: m = mp, a q = e
Cząstka wpadając w pole elektryczne ma tylko składową poziomą prędkości.
Ta składowa się nie zmienia – więc rozpatrujemy poziomo ruch jednostajny prostoliniowy. W polu elektrycznym podlega sile i uzyskuje pionową składową prędkości.
W kierunku poziomym:
i ta prędkość jest stała, niezależna od czasu.
W kierunku pionowym działa siła q E:
Obliczając stosunek prędkości, będziemy mieli odchylenie w polu (kąt odchylenia):
Musimy jeszcze usunąć czas a wprowadzić L, oraz podstawić masę protonu i ładunek elementarny. Cząstka wychodzi z pola poruszając się w kierunku poziomy z prędkością:
Ze wzoru na drogę w ruchu jednostajnym prostoliniowym możemy wyznaczyć czas i wstawić do wzoru na odchylenie:
i ostatecznie: