Консультация № 195516
05.05.2019, 21:43
0.00 руб.
13.05.2019, 11:47
0 4 1
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас ответить на следующий вопрос:

До какого расстояния могут сблизиться два электрона, если они движутся навстречу друг другу с относительной скоростью 106 м/с.

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.05.2019, 13:38
общий
это ответ
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 v0/c=1*106/(3*108)[$8776$]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), v0=1*106 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]|=v1+v2=1*106 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]=2mV, где m -- масса электрона.

В начальном состоянии потенциальная энергия взаимодействия электронов равна нулю (П1=0), а кинетическая энергия K1 равна сумме кинетических энергий электронов, то есть полная энергия W1=K1=m/2*(v12+v22). В состоянии, при котором расстояние между электронами минимально, потенциальная энергия взаимодействия электронов составляет П2=ke2/r, где k=9*109 Н/(м2*Кл2) -- электрическая постоянная, е=1,60*10-19 Кл -- абсолютная величина заряда электрона. Кинетическая энергия в этом состоянии К2=mV2. Полная энергия в этом состоянии W222. Согласно закону сохранения механической энергии, имеем W1=W2.

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=(v1-v2)/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.
Прикрепленные файлы:
39a11192cbf48529d4e4eaa5bff851146c13c556.png
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.05.2019, 17:16
общий
Адресаты:
Предлагаю в сообщении, открывающем консультацию, изменить число 106 на 106.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Модератор
156417
2175
10.05.2019, 15:32
общий
Адресаты:
Я не согласен с этим ответом, поскольку, принимая один электрон неподвижным, он игнорирует сохранение импульса.
Нужно брать систему отсчёта, связанную с центром масс, в которой оба электрона имеют начальную скорость v/2 - и энергия в итоге окажется в 2 раза меньше, а расстояние в 2 раза больше
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.05.2019, 16:14
общий
Адресаты:
Возможно, Вы правы. Почему бы Вам не оформить альтернативный ответ?
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа