Задачи › Движение по окружности

Селектор скоростей Ламмерта

  1. Селектор скоростей Ламмерта

    «Бельчонок» 2023/24, 11 кл.
    6/10

    Для измерения скорости частиц в пучке используется селектор скоростей (установка Ламмерта), показанный на рисунке. Два диска закреплены на оси и вращаются с одинаковой скоростью. В дисках имеются узкие прорези для пролёта частиц, причём если диски совместить, то между прорезями увидим угол \(\varphi\). Расстояние между дисками \(L\). Оказалось, что максимальная доля частиц из пучка проходит эту систему при вращении дисков с угловой скоростью \(\omega_1\) и соседней подходящей скоростью \(\omega_2 < \omega_1\). Какова скорость частиц в пучке?

    Рисунок

    В варианте 2 дана скорость частиц \(V\) и требуется найти расстояние между дисками; в варианте 3 даны \(V\) и разность соседних угловых скоростей \(\Delta\omega\) — требуется найти \(\Delta\omega\) при заданной \(V\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Частица пролетает между дисками за время \(L/V\). За это время диски должны повернуться так, чтобы прорези совпали; соседние подходящие скорости отличаются тем, что число полных оборотов за время пролёта меняется на единицу.

    Ответ

    \(V = \dfrac{L(\omega_1 - \omega_2)}{2\pi}\).

    Решение

    Частица беспрепятственно проходит оба диска, если за время пролёта \(L/V\) диски поворачиваются на угол \(\varphi + 2\pi n\), где \(n\) — целое число полных оборотов. Для соседних подходящих скоростей число полных оборотов отличается на единицу, поэтому \[\begin{cases} \dfrac{L}{V} = \dfrac{\varphi + 2\pi n}{\omega_1},\\[2mm] \dfrac{L}{V} = \dfrac{\varphi + 2\pi (n-1)}{\omega_2}. \end{cases}\] Вычитая второе уравнение из первого, после исключения \(n\) и \(\varphi\) получаем \(\dfrac{L}{V} = \dfrac{2\pi}{\omega_1 - \omega_2}\), откуда \(V = \dfrac{L(\omega_1 - \omega_2)}{2\pi}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи