Задачи › Сила Лоренца, движение частиц в магнитном поле

Частица в камере Вильсона

  1. Частица в камере Вильсона

    ВсОШ 1993/94, 11 кл.
    5/10

    Частица с удельным зарядом \(q = 10^8\) Кл/кг влетает в камеру Вильсона, находящуюся в магнитном поле с индукцией \(B = 10^{-2}\) Тл. Направление ее скорости перпендикулярно линиям индукции поля. После поворота вектора скорости на \(90^\circ\) (изменение радиуса трека частицы при этом составило \(\varepsilon = 5\%\)) поле выключают. После этого частица проходит путь \(s = 300\) мм до полной остановки. С какой скоростью влетела частица в камеру, если сила сопротивления при ее движении пропорциональна скорости?

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(v_0 = \dfrac{2}{\pi}\dfrac{\varepsilon}{1-\varepsilon}\,qsB = 10^4\) м/с.

    Решение

    Запишем второй закон Ньютона применительно к частице, влетевшей в камеру Вильсона: \[F\Delta t = m\Delta v,\qquad \dfrac{mv^2}{R} = qvB.\] Поскольку \(F = kv\), \(v\Delta t = \Delta s\), а \(\Delta s = \dfrac{\pi R}{2}\), то \(k = \dfrac{2}{\pi}qB\varepsilon\). Здесь учтено, что \(m\Delta v = qB\Delta R\) и \(\Delta R/R = \varepsilon\).

    После выключения поля \(ks = mv\), где \(v = v_0 - \Delta v\) — скорость в момент выключения поля, откуда \[\dfrac{\Delta v}{v_0} = \dfrac{\Delta R}{R_0} = \varepsilon,\] \[v_0 = \dfrac{v}{1-\varepsilon} = \dfrac{ks}{m(1-\varepsilon)}.\] Окончательный ответ: \[v_0 = \dfrac{2}{\pi}\dfrac{\varepsilon}{1-\varepsilon}\,qsB = 10^4\text{ м/с}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи