ВУЗы и колледжи

помогите с физикой очень срочно !!!

Тонкий стержень длиной L равномерно заряжен с линейной плотностью. Для точек, лежащих на серединном перпендикуляре к стержню, найти напряженность электрического поля как функцию расстояния r от точки наблюдения до центра стержня
Нарисуйте рисунок:
Стержень, перпендикуляр к середине стержня, точка А на расстоянии r от стержня. Нарисуйте систему координат ХОY - ось ОХ вдоль стержня, ось ОY - вдоль перпендикуляра, точка О на пересечении стержня и перпендикуляра. Теперь на расстоянии х и -х от начала координат выделите на стержне кусочек, длинною dx. Т. о. вы получите 2 симметрично расположенных относительно начала координат кусочка стержня, длиной dx и зарядом pdx (р - линейная плотность заряда) Проведите от каждого из кусочков прямую к точке r и на продолжении прямых постройте 2 одинаковых вектора, исходящих из точки r симметрично, относительно оси OY.
Напряженность электрического поля, создаваемая зарядом q на расстоянии R от заряда - это вектор, равный:
E = kq/R^2
где k - коэффициент из закона Кулона.
Напряженности электрического поля, создаваемые нашими кусочками стержня в точке r - это как раз те самые векторы, которые Вы нарисовали. И суммарная напряженность - это сумма векторов.
Сумма векторов - это вектор, координатами которого являются суммы соответствующих координат исходных векторов. Нарисуйте проекции наших векторов на оси ОХ и ОY. Вы увидите, что проекции на ось ОХ равны, но противоположны по знаку - значит их сумма равна 0. А вот проекции на ось OY равны и имеют одинаковый знак - значит проекция вектора суммы равна удвоенной проекции любого из исходных векторов. Таким образом, подсчитав сумму проекций вектора напряженности, создаваемого каждым из маленьких кусочков положительной половины стержня Вы найдете суммарное значение напряженности электрического поля.
Найдем величину проекции напряженности от кусочка dx на ось ОY. Расстояние R от кусочка до точки r можно найти из теоремы Пифагора:
R = sqrt(r^2 + x^2). Угол между вектором и осью OY равен углу между катетом Or и гипотенузой хr (Обозначим его alfa). Проекция напряженности, создаваемой зарядом dq = pdx, на ось OY равна:
dEy = E*cos(alfa) = k*p*cos(alfa)dx/R^2
Но cos(alfa) равен отношению cos(alfa) = Or/R = Or/sqrt(r^2 + x^2)
Подставим в выражение для dEy:
dEy = k*Or*p*dx/(sqrt(r^2 + x^2)*R^2) = k*Or*p*dx/(r^2 + x^2)^3/2
Теперь осталось лишь проинтегрировать выражение для dEy от 0 до L/2, т. е. вычислить интеграл
Int(dEy) = Int(k*Or*p*dx/(r^2 + x^2)^3/2) по х в пределах от 0 до L/2. Удвоенная величина этого интеграла и есть напряженность электрического поля как функция расстояния r от точки наблюдения до центра стержня (не забудьте Or = r).
Удачи!
Павел Гоге
Павел Гоге
22 802
Лучший ответ