На рисунке а- показаны эквипотенциальные поверхности положительного заряда,на рисунке б- отрицательного.Объясните в каждом случае,какой потенциал лучше -φ1 или φ2.Изобразить силовые линии электростатического поля в каждом случае

1.       Дано: m=10 кг; H=10 м; h=0,5 м; F=200 Н.
 L - ?
С одной стороны работа, которую надо затратить, что бы вогнать стержень в землю на глубину L, будет равна A = F*L. С другой стороны величина этой работы будет равна кинетической энергии груза в момент его удара по торцу стержня.  Если пренебречь сопротивлением воздуха, то кинетическая энергия груза, в момент касания им торца стержня, будет равна потенциальной энергии груза, поднятого  относительно  уровня торца стержня. Т.е. Еп=mg(H-h).  Таким образом, можно записать уравнение А = Еп.  Или F*L=mg(H-h).  Отсюда L = mg(H-h)/F.  Если принять g = 10 м/с^2, то L = 10*10*(10-0,5)/200=4,75 м
  2.Дано: M=500; m=20; Vс=200 м/с; <α =30 градусов.
Vп -?  Ек - ?  Еп - ?
Поскольку до выстрела пушка была неподвижна, то её импульс ( или иначе - количество движения) в это время равнялся нулю.  Так как любая механическая система стремится сохранить свое количество движения, то и после выстрела импульс системы «пушка +снаряд» останется равным нулю.  Импульс  – величина векторная, так как равна произведению массы тела на его скорость  (а скорость –векторная величина).  Отсюда становится понятным, что раз  снаряд приобрел некоторую скорость,  то чтобы импульс остался равным нулю,  пушка должна приобрести скорость в направлении противоположном направлению полета снаряда.  При этом модули импульсов снаряда и пушки должны быть равными.  Таким образом, можно записать уравнение  m*Vc = M*Vп.  Отсюда Vп = m*Vc/М = 20*200/500 = 8 м/с.
 Что бы решить вторую часть задачи воспользуемся рисунком.  Вектор начальной скорости снаряда надо разложить на вертикальную (Vв) и горизонтальную (Vг) составляющие (векторы).  Так как угол подъема ствола пушки равен 30 градусов, то в момент выстрела вертикальная составляющая скорости снаряда  Vв = Vc/2. Из теоремы Пифагора Vс² – Vв² = Vг².   Отсюда Vг= √(Vс² – Vв²) = √(3Vс²/4) = Vс*√3/2 .  Если пренебречь сопротивлением воздуха, то горизонтальная составляющая полной скорости снаряда в любой момент будет оставаться неизменной и равной Vс*√3/2.  А вот вертикальная составляющая, будет изменяться, поскольку действует гравитация.  В точке наивысшего подъема вертикальная составляющая скорости снаряда будет равняться нулю. И  полная скорость  снаряда будет направлена горизонтально и равна Vс*√3/2.   Таким образом, уже  можно найти кинетическую энергию снаряда в наивысшей точке подъема  Ек = mVг²/2  = m*3*Vc²/8=300000 Дж = 300 кДж.
Потенциальная энергия снаряда будет равна вертикальной кинетической составляющей в момент вылета снаряда из ствола. Т.е Еп = m*Vв²/2 = m*Vc²/8= 20*200²/8 = 100000 Дж = 100 кДж.
Для проверки правильности решения воспользуемся законом в соответствии с которым (при отсутствии сопротивления воздуха) сумма потенциальной и кинетической энергий снаряда в любой точке траектории его полета, равна кинетической энергии снарадя в момент вылета из ствола.  Еп +Ек = 100 + 300 = 400 кДж. Кинетическая энергия снаряда в момент вылета из ствола = m*Vc²/2 = 20*200²/2 = 400000 Дж = 400 кДж. Как видим энергии равны. Задача решена верно.

  Для вычисления среднего давления надо знать среднюю скорость молекул (точнее, среднее значение квадрата скорости). Это не простой вопрос. Вы привыкли к тому, что скорость имеет каждая частица. Средняя же скорость молекул зависит от движения всех частиц.
   Средние значения. С самого начала нужно отказаться от попыток проследить за движением всех молекул, из которых состоит газ. Их слишком много, и движутся они очень сложно. Нам и не нужно знать, как движется каждая молекула. Мы должны выяснить, к какому результату приводит движение всех молекул газа.
   Характер движения всей совокупности молекул газа известен из опыта. Молекулы участвуют в беспорядочном (тепловом) движении. Это означает, что скорость любой молекулы может оказаться как очень большой, так и очень малой. Направление движениямолекул беспрестанно меняется при их столкновениях друг с другом.
   Скорости отдельных молекул могут быть любыми, однако среднее значение модуля этих скоростей вполне определенное. Точно так же рост учеников в классе неодинаков, но его среднее значение - определенное число. Чтобы это число найти, надо сложить рост отдельных учеников и разделить эту сумму на число учащихся.
   Среднее значение квадрата скорости. В дальнейшем нам понадобится среднее значение не самой скорости, а квадрата скорости. От этой величины зависит средняя кинетическая энергия молекул. А средняя кинетическая энергия молекул, как мы вскоре убедимся, имеет очень большое значение во всей молекулярно-кинетической теории.
   Обозначим модули скоростей отдельных молекул газа через . Среднее значение квадрата скорости определяется следующей формулой:
где N - число молекул в газе.
   Но квадрат модуля любого вектора равен сумме квадратов его проекций на оси координат ОХ, ОY, ОZ. Поэтому
   Средние значения величин  можно определить с формул, подобных формуле (8.9). Между средним значением  и средними значениями квадратов проекций существует такое же соотношение, как соотношение (8.10):  
   Действительно, для каждой молекулы справедливо равенство (8.10). Сложив такие равенства для отдельных молекул и разделив обе части полученного уравнения на число молекул N, мы придем к формуле (8.11).
   Внимание! Так как направления трех осей ОХ, ОY и OZ вследствие беспорядочного движения молекул равноправны, средние значения квадратов проекций скорости равны друг другу:
   Видите, из хаоса выплывает определенная закономерность. Смогли бы вы это сообразить сами?
   Учитывая соотношение (8.12), подставим в формулу (8.11)  вместо  и . Тогда для среднего квадрата проекции скорости получим:
т. е. средний квадрат проекции скорости равен 1/3 среднего квадрата самой скорости. Множитель 1/3 появляется вследствие трехмерности пространства и соответственно существования трех проекций у любого вектора.
   Скорости молекул беспорядочно меняются, но средний квадрат скорости вполне определенная величина.

   ???
   1. Всегда ли равноправны средние значения проекций скорости движения молекул?
   2. Чему равно среднее значение проекции скорости молекул на ось ОХ?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс
Полный список тем по физике, календарный план по всем предметам согласно школьной программы, домашнее задание, курсы и задание по физике для 10 класса