Здравствуйте, mustang289!
Решение этой задачи есть в Интернете. Вы можете посмотреть его
здесь или в прикреплённом файле. Замечу, что автор решения пренебрёг релятивистскими эффектами что, по-видимому, правильно, поскольку v
0/c=1*10
6/(3*10
8)[$8776$]3*10
-3<<1.
При e=1,60*10
-19 Кл (заряд электрона), [$949$]
0=8,85*10
-12 Ф/м (электрическая постоянная), m=9,11*10
-31 кг (масса электрона), v
0=1*10
6 м/с (скорость подвижного электрона относительно неподвижного) из последней формулы получим, что искомое расстояние r составляет
r=(1,60*10-19)2/(2[$960$]*8,85*10-12*9,11*10-31*(1*106)2)[$8776$]5,05*10-10 (м).
Дополнено мной:
Но, как указал в мини-форуме консультации Роман Чаплинский, должен соблюдаться закон сохранения импульса, который не учтён в рассмотренном решении. Нужно поместить начало отсчёта в центре масс системы из двух электронов. Возможно, наш уважаемый администратор раздела даст Вам своё решение задачи, связанное с таким выбором системы отсчёта. Я же предложу иное решение.
Будем считать, что электроны начинают движение навстречу друг другу из точек, расположенных бесконечно далеко, со скоростями
v[sub]1[/sub] и
v[sub]2[/sub] соответственно, причём |
v[sub]1[/sub]|+|
v[sub]2[/sub]|=v
1+v
2=1*10
6 м/с. Под действием сил отталкивания величины скоростей обоих электронов будут уменьшаться. В некоторый момент времени тот электрон, модуль скорости которого меньше, остановится и станет двигаться в обратную сторону, причём модуль его скорости будет увеличиваться. Расстояние между электронами будет уменьшаться до момента, пока их скорости не сравняются до абсолютной величины, равной V (при этом скорость сближения электронов станет равной нулю). В этот момент расстояние между электронами окажется минимальным и равным r.
В начальном состоянии импульс системы из двух электронов равен
p[sub]1[/sub]=m(
v[sub]1[/sub]+
v[sub]2[/sub]), а в состоянии, при котором расстояние между электронами минимально, --
p[sub]2[/sub]=2m
V, где m -- масса электрона.
В начальном состоянии потенциальная энергия взаимодействия электронов равна нулю (П
1=0), а кинетическая энергия K
1 равна сумме кинетических энергий электронов, то есть полная энергия W
1=K
1=m/2*(v
12+v
22). В состоянии, при котором расстояние между электронами минимально, потенциальная энергия взаимодействия электронов составляет П
2=ke
2/r, где k=9*10
9 Н/(м
2*Кл
2) -- электрическая постоянная, е=1,60*10
-19 Кл -- абсолютная величина заряда электрона. Кинетическая энергия в этом состоянии К
2=mV
2. Полная энергия в этом состоянии W
2=П
2+К
2. Согласно закону сохранения механической энергии, имеем W
1=W
2.
Составим систему уравнений, в котором первое уравнение выражает закон сохранения импульса в проекциях на прямую, вдоль которой движутся электроны, а второе уравнение -- закон сохранения механической энергии.
m(v1-v2)=2mV,
m/2*(v12+v22)=ke2/r+mV2.
Из первого уравнения получим, что V=(v
1-v
2)/2, и подставим во второе уравнение. Тогда
m/2*(v12+v22)=ke2/r+m((v1-v2)/2)2,
m/2*(v12+v22)=ke2/r+m/4*(v12+v22-2v1v2),
2m(v12+v22)=4ke2/r+m(v12+v22-2v1v2),
2m(v12+v22)-m(v12+v22-2v1v2)=4ke2/r,
m(v12+v22+2v1v2)=4ke2/r,
m(v1+v2)2=4ke2/r,
r=4ke2/(m(v1+v2)2),
то есть
r=4*9*109*(1,60*10-19)2/(9,11*10-31*(1*106)2)[$8776$]1,01*10-9 (м).
Полученная величина расстояния в два раза больше, чем в предыдущем решении.