НПСФ 2018, Специална тема — Задача 2. Електричество

Национално пролетно състезание по физика, 9 – 11 март 2018 г., гр. Стара Загора — Специална тема · 9 март 2018 г. · 10 т.

Условие

Част 1

Електричният дипол се състои от два заряда с равна големина qq и противоположен знак, разделени на разстояние dd един от друг. Векторът на диполния момент има големина p=qdp = qd и сочи по оста, свързваща −q-q с +q+q. Разгледайте два идентични дипола, ориентирани както е показано на фигурата. Разстоянието между тях е rr.

Фиг. 2. Двата дипола, точката P и векторите.

а) Намерете точен израз за потенциалната енергия на системата от два дипола, изразена чрез qq, dd, rr и фундаментални константи. За удобство приемете, че потенциалната енергия е нула, когато диполите са на безкрайно разстояние един от друг; [1 т.]

Във всички следващи подусловия приемете, че d≪rd \ll r.

б) Направете приближение на израза за потенциалната енергия като запазите само най-ниската степен на d/rd/r. Напишете приближението чрез pp, rr и фундаментални константи. [2 т.]

в) Намерете големината и посоката на силата, с която единият дипол действа на другия. Изразете силата чрез pp, rr и фундаментални константи. [2 т.]

г) Намерете потенциала, създаден от дипола AA в точка PP, изразен чрез векторите p⃗\vec p и R⃗\vec R и фундаментални константи. [2 т.]

Част 2

д) Сферична обвивка с вътрешен радиус aa и външен радиус bb е направена от материал със специфично съпротивление ρ\rho. Точков заряд с големина q0q_0 е поставен в центъра на обвивката. В момента t=0t = 0 обвивката е електрически неутрална, включително вътрешната и външната ѝ повърхност. Намерете заряда, разпределен върху външната повърхност на обвивката като функция на времето за t≥0t \ge 0. Игнорирайте всякакви магнитни ефекти. [3 т.]

Решение


Оригинал в Архива: proletni_2018_STproblems.pdf · официални решения: proletni_2018_STsolutions.pdf