Тема . Математика в физике

.03 Интеграл

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела математика в физике
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#28025

Точечный заряд находится на расстоянии d  напротив края стержня длиной 10d  , равномерно заряженного зарядом противоположного знака. Найти угол α  между вектором силы, действующей на заряд со стороны стержня, и перпендикуляром, опущенным из точки, где находится заряд, на стержень (см. рисунок). Ответ обосновать.

PIC

Показать ответ и решение

Пусть плотность заряда σ = Q ∕10d  . Разложим силу электрического взаимодействия на вертикальную x  и горизонтальную y  составляющую. Тогда для малой длины dl  , находящейся на расстоянии    l  от q  по горионтали и заряда σdl  имеем

        kqσdl
dFx  = -2----2 cos α,
       d  + l
где         ---d-----
cosα =  √d2-+-l2-   – косинус проекции силы dF  на вертикальную ось.
        kqσdl          kqσdl     l
dFy  = -2----2 sinα = -2----2√--------
       d  + l         d  + l   d2 + l2
Проинтегрируем для начала второе уравнение, для этого используем, что
                         d(d2 + l2)
d(d2 + l2) = 2ldl ⇒ dl =  ----------
                            2l
Тогда интеграл можно записать в виде:
      kqσ ∫10d d(d2 + l2)        kqσ             kqσ
Fy =  ----   ----------- = − √--------|100d = − √-------
       2     (d2 + l2)3∕2       d2 + l2          101d2
           0
В первом уравнении вместо  2    2
d  + l   подставим cos2α
-d2---   и получим
      kq-σ-cos3αdl
dFx =      d2
Также, заметим, что
                  --dα--
l = dtgα ⇒  dl = dcos2α
Проинтегрировав, получим
          ∫
F  =  kqσ-   cosαd α = kq-σ sin α
 x     d                d
Вернемся к замене sin α =  √--l-----
         d2 + l2   и получим
       10kqσ
Fy =  √-----2-
        101d
Откуда угол
       F
tgβ =  -y-=  10.
       Fx
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!