A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Hasonló dokumentumok
1. ábra. 24B-19 feladat

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

Fizika feladatok február 21.

3.1. ábra ábra

1. fejezet. Gyakorlat C-41

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

Megoldás: A feltöltött R sugarú fémgömb felületén a térerősség és a potenciál pontosan akkora, mintha a teljes töltése a középpontjában lenne:

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

Vezetők elektrosztatikus térben

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Elektrosztatika Mekkora két egyenlő nagyságú töltés taszítja egymást 10 m távolságból 100 N nagyságú erővel? megoldás

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

Elektromos alapjelenségek

9. ábra. A 25B-7 feladathoz

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

Gyakorlati útmutató a Tartók statikája I. tárgyhoz. Fekete Ferenc. 5. gyakorlat. Széchenyi István Egyetem, 2015.

1.feladat. Megoldás: r r az O és P pontok közötti helyvektor, r pedig a helyvektor hosszának harmadik hatványa. 0,03 0,04.

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika 2. ZH, december 05. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

A 2009/2010. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. II. kategória

Rezgések és hullámok

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Elektromágnesség 1.versenyfeladatsor Varga Bonbien, VABPACT.ELTE

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

Függvények Megoldások

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Oktatási Hivatal FIZIKA. II. kategória. A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 1. forduló. Javítási-értékelési útmutató

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

EGYSZERŰ GÉPEK. Azok az eszközök, amelyekkel kedvezőbbé lehet tenni az erőhatás nagyságát, irányát, támadáspontjának helyét.

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Függvények vizsgálata

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 7. hét

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

1 2. Az anyagi pont kinematikája

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

10. Koordinátageometria

Irányításelmélet és technika I.

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Egy kinematikai feladat

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

L 4πd 2 1 L 4πd 2 2. km 3,5. P max = P min = Az 5 naptömegű bolygó esetén ez alapján a zóna belső és külső határai (d 1 és d 2): 2.

Vektorok és koordinátageometria

1. tétel. 1. Egy derékszögű háromszög egyik szöge 50, a szög melletti befogója 7 cm. Mekkora a háromszög átfogója? (4 pont)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Fizika példák a döntőben

1. gyakorlat. Egyenletes és egyenletesen változó mozgás. 1. példa

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

Fizika 2 - Gyakorló feladatok

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

FIZIKA ZÁRÓVIZSGA 2015

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Érettségi feladatok: Trigonometria 1 /6

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MÁGNESES TÉR, INDUKCIÓ

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Newton törvények és a gravitációs kölcsönhatás (Vázlat)

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Elektrosztatikai alapismeretek

Határérték. prezentációjából valók ((C)Pearson Education, Inc.) Összeállította: Wettl Ferenc október 11.

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Mechanika. Kinematika

1. feladat. 2. feladat

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

2, = 5221 K (7.2)

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Rezgés tesztek. 8. Egy rugó által létrehozott harmonikus rezgés esetén melyik állítás nem igaz?

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

Az igénybevételi ábrák témakörhöz az alábbi előjelszabályokat használjuk valamennyi feladat esetén.

Átírás:

. Gyakorlat 4B-9 A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld. 4-6 ábra.). Számítsuk ki az E elektromos térerősséget a vonal irányában lévő, annak.. ábra. 4-6 ábra végpontjától d távolságra lévő P pontban! Mivel a P pont a szakasz meghosszabbításában van és a szakasz töltése pozitív a térerősség vektora a szakasztól el mutat. Válasszuk a koordinátarendszerünket úgy, hogy a szakasz az x tengelyén feküdjön és a P pont legyen az origóban! Osszuk fel a szakaszt kis dx hosszúságú darabokra! Egy ilyen darab töltése dq = dx Q. A teljes térerősség ezen L kis dx szakaszok térerősségeinek összegével közelíthető ami integrállá válik, amennyiben dx 0. A P ponttól x távolságban levő szakasz darabtól származó térerősség nagysága: de(x) = dq x = dx Q L x (.)

A teljes térerősség x=d+l E(x) x=d E(x) = Q 4 L π ε 0 = Q 4 L π ε 0 Q dx L x = Q 4 L π ε 0 x=d+l dx x=d x ] x+l [ x d = Q 4 L π ε 0 x=d+l x=d dx x ( d + L + ) = Q ( d 4 L π ε 0 L d(d + L) ) E(x) = Q 4 π ε 0 d(d + L) (.) 4B-0 Egy vékony, nem vezető rudat a 4-7 ábrán vázolt módon meghajlítunk úgy, hogy az egy R sugarú kör íve legyen, mely e kör középpontjából 0 o szög alatt látszik. Legyen.. ábra. 4-7 ábra e hajlított rúdon egyenletes pozitív λ töltéssűrűség. Számítsuk ki az E elektromos tér térerősséget a kör O középpontjában. (Útmutatás: számítsuk ki a dl = Rdθ hosszúságú szakasz dq töltésétől származó de térerősséget. Használjuk ki a rendszer szimmetriatulajdonságát a θ = θ 0 és θ = +θ 0 közötti integrál kiszámításakor.) Osszuk fel a körívet egyenlő dl hosszúságú kis darabokra! A körív középpontjában minden ilyen kis darab térerőssége ugyanakkora: de = λ dl R = λ R dθ = λ dθ R R (.3)

nagyságú és az O pontból a körívvel ellentétes irányba mutat. Mivel a vízszintes tengelyre szimmetrikusan, θ és θ szögben elhelyezkedő szakaszoktól származó térerősség nagysága ugyanakkora, és irányuk a vízszintes tengelyre szimmetrikus ezek függőleges komponensei kiejtik egymást: vízszintes komponenseik nagysága pedig összeadódik, az.3. ábra. Az eredő térerősség kiszámításához eredő térerősség kiszámításához elegendő a pozitív θ értékekre, vagyis fél körívre összegezni a de θ térerősségek vízszintes komponensének kétszeresét, azaz de θ cos θ-t. A dl 0 határesetben egy integrált kapunk: azaz θ0 λ E = cos θ dθ = 0 R λ = R [sin θ]θ 0 0 (.4) E = λ πε 0 R sinθ o (.5) 4C-6 Két (fix helyzetű) +Q nagyságú ponttöltés egymástól d távolságra helyezkedik el. Egy harmadik, pozitív q töltést a két előbbi töltést összekötő egyenes mentén mozgatunk. a) Mutassuk meg, hogy ha a q töltést egyensúlyi helyzetéből kissé (x távolságnyira, x d) kimozdítjuk, akkor közelítőleg egyszerű harmonikus rezgő mozgást végez. b) Számítsuk ki az ehhez a mozgáshoz rendelhető k rugóállandót. 3

Legyen mindegyik töltés az x tengelyen! Ekkor a q töltés által érzékelt térerősség is x irányú. Mivel mindegyik töltés azonos előjelű a q töltésre a két Q töltéstől ható erők ellentétes irányúak: F bal oldali Qtol = Q q rbal oldali Qtol F jobb oldaliqtol = Q q rjobb oldaliqtol q egyensúlyi helyzete a két +Q töltés között éppen féluton van, ahol a két erő kiegyenlíti egymást. Térítsük ki a q töltést egyensúlyi helyzetétől pozítív irányba. Ekkor a rá ható erők eredője már nem lesz 0, hanem : F = F bal oldali Qtol + F jobb oldali Qtol = [ ] Q q ( d + x) ( Q q d x) (.6) Ha x d, akkor x d is igaz. Legyen d = L! Ekkor d képletben közelíthetőek a következő módon: = L és a nevezők az előző (L ± x) = L (Ez konkrét példákon is ellenőrizhető ) ( ± x L ) L ( ± x ) L ( L x ) L Egy példa: legyen d = 0, vagyis L = 5 és x = 0,0. Ekkor L L = 0, 039840478739345 (L + x) ( + x ) = 0, 039840637450990 L ( x ) = 0, 039840000000000000 L 4

Tehát F Q q L ( ( x L ) ( + x L ) ) = = Q q L 4 x L = = Q q 4 d 8 x d F = 8 Q q πε 0 x d 3 (.7) Mint látjuk, amennyiben a kitérés sokkal kisebb, mint d, az erő ellentétes irányú és arányos a kitéréssel vagyis valóban harmonikus rezgőmozgásról van szó amelynek rugóállandója 4C-9 k = 8 Q q d 3 πε 0 (.8) Miként az a 4C-9 ábrán látható, egy elektron, amelynek az x o = 0 helyen v o = 0 6 m/s a kezdősebessége, az x tengely pozitív irányában halad olyan tértartományban, ahol az elektromos térerősséget az E x = (4V/m) ( + 0 3 x) függvény adja meg (az x távolságot méterben kell megadni). Számítsuk ki azt a távolságot, ahol az elektron sebessége (legalábbis egy pillanatra) zérussá válik..4. ábra. 4-9 5

Energiamegmaradás alapján az elektrosztatikus tér helytől függő potenciálja Φ(x) = E(x)dx = 4 ( + 0 3 x) dx = 4 (x + 500x ) (.9) Az elektron helyfüggő potenciális energiája ebben a térben (az eletron töltése negatív) E pot = e Φ(x) = 4 e (x + 500 x ) (.0) Az elektron abban az x koordinátájú pontban áll meg amikor minden kinetikus energiáját elveszti. Az elektron potenciális energiájának megváltozása x = x x o úton tehát egyenlő a kezdeti kinetikus energiájával: E pot = E kin,kezdeti E pot = E pot (x) E pot (x o ) = 4 e (x + 500 x ) 0 4 e (x + 500 x ) = m v o 500 x + x 8 A másodfoku egyenlet megoldása x ± = m e 0 = 0 ± + 4 8 000 ± + = 000 = ± 4, 408 000 x + = 3, 67 0 [m] x = 3, 87 0 [m] m e 0 500 m e 0 500 = ± 37, 75 000 A mi esetünkben csak a pozitív eredmény jöhet szóba. 4C-37 Egy vékony, nem vezető, R sugarú gyűrűn nem egyenletes a λ lineáris töltéssűrűség: λ = λ o sin θ, ahol a θ szög a 4-C37 ábra szerint értelmezendő. a) Vázoljuk a gyűrű 6

.5. ábra. 4-C37 ábra a feladathoz töltéseloszlását. b) Milyen az E elektromos térerősség iránya a gyűrű középpontjában? c) λ o Mutassuk meg, hogy az elektromos térerősség nagysága a gyűrű középpontjában 4 ε o R. a) b) Osszuk fel a kör kerületét infinitizemálisan kicsi dl szakaszokra. Egy tetszőleges.6. ábra. Töltéssűrűség a szög függvényében. A zöld vonalak 4 olyan szöget jeleznek, ahol a töltéssűrűség abszolút értéke ugyanakkora θ szögnél elhelyezkedő szakasztól származó térerősség iránya vagy megegyezik a szakasztól a középpontig húzott vektor irányával (0 θ π) vagy ellentétes vele (0 θ π). A teljes térerősség az egyes szakaszoktól származó térerősségek összege. A 4-C37m ábrán 7

.7. ábra. 4-C37m ábra. Különböző infinitezimális dl szakaszoktól származó térerősségek összegzése. látható, hogy az eredő térerősségben csak az egyes szakaszoktól származó térerősségek függőleges, -y irányú összetevője marad meg. Tehát az eredő térerősség a negatív y tengely irányába mutat. c) Ennek nagysága egy adott θ szög esetén de y (θ) = λ(θ) dl R sin θ (.) ahol dl = R dθ. Szimmetria okok miatt de y (θ) ugyanakkora és ugyanolyan irányú a θ, π θ, π + θ és π θ szögek esetén, ezért elegendő a 0... π tartományra integrálni és 8

az eredményt négyszerezni: E y = 4 = 4 = 4 π/ 0 λ o R λ o R = λ o πε 0 R = λ o πε 0 R λ(θ) R sin θ dθ = R π/ 0 π/ 0 [ θ sin θ sin θ dθ = cos θ dθ = ] π/ 0 = [ π ] 0 0 + 0 = (.) ahol felhasználtuk a sin θ = cosθ összefüggést. A végeredmény E y = λ o 4 ε 0 R (.3) 4C-39 Tekintsünk egy egyenletesen feltöltött R sugarú körgyűrűt, és annak tengelye mentén az elektromos teret. Mutassuk meg, hogy a térerősség maximuma E x,max a tengelyen, a gyűrű középpontjától x = R távolságban van. Vázoljuk E változását x függvényében (negatív és pozitív x értékekre). Bontsuk fel a körgyűrűt infinitezimálisan kis dl szakaszokra. A körgyűrű tengelyének minden pontja a körgyűrű összes pontjától - és így az összes szakasztól is - azonos távolságban van. A körgyűrű átellenes pontjaitól (szakaszaitól) származó térerősségek x tengelyre merőleges komponensei kiejtik egymást, ezért elegendő az E x komponenseket összegezni. Egy dl szakasz térerőssége a 4-C39 ábra szerint: de x = λ dl r cos θ = λ dl x R + x R + x = = x λ dl (R + x ) 3/ (.4) Ezt levezethetjük a következő két egyenlőségből: cos θ = cos θ sin θ és cos θ + sin θ = 9

.8. ábra. 4-C39 ábra. Térerősség egy egyenletesen töltött körgyűrű tengelyén A teljes térerősség E x = R π x λ (R + x ) 3/ (.5) Ennek akkor van maximuma, ha a deriváltja nulla. Ha a derivált nulla, akkor a konstansok nem számítanak, ezért azokat el is hagyhatjuk de x dx = 0 d dx x (R + x ) = 0 3/ 3 d x (R + x )3/ x dx (R + x ) = (R + x ) / x 3/ (R + x ) 3 = (R + x ) 3 x = 0 (R + x ) 5/ A nevező sosem lehet nulla, ezért átszorozhatunk vele. R x = 0 x = R (.6) Eszerint E x szélsőértéke lehet az x = második derivált ezen a helyen negatív. R helyen. Ez akkor valóban maximum ha a 0