Электрон ускоряется электростатическим полем, модуль напряженности которого 20 МВ/м. Найдите модуль скорости, которую приобретает электрон, пройдя путь 10 см, если его начальная скорость равна нулю.

Пусть m₁ и υ₀₁ - масса и начальная скорость пушки соответственно; m₂ и υ₀₂ - масса и начальная скорость снаряда соответственно. Тогда m₁ и υ₁ - масса и скорость пушки соответственно (после взаимодействия); m₂ и υ₂ - масса и скорость снаряда соответственно (после взаимодействия).

Дано: m₁ = 1,62 т = 1620 кг; υ₀₁ = 0; υ₀₂ = 0; υ₁ = 7,2 км/ч = 2 м/с; υ₂ = 810 м/с.

Найти: m₂ - ?

Решение. В результате взаимодействия, длящегося некоторый интервал времени t, оба тела изменяют скорость своего движения. Поскольку система замкнута (это такая система тел, на которую не действуют внешние силы, а любые изменения состояния этой системы являются результатом действия внутренних сил системы), то причиной изменения скорости являются силы F₁₂ и F₂₁ - внутренние силы системы. Запишем для каждого тела второй закон Ньютона:

-m₁υ₁ - m₁υ₀₁ = F₁₂t; m₂υ₂ - m₂υ₀₂ = F₂₁t

Время взаимодействия t одинаково для обоих тел, а силы взаимодействия согласно третьему закону Ньютона равны по модулю и противоположны по направлению: F₁₂ = -F₂₁. Таким образом:

m₁υ₁ - m₁υ₀₁ = -(-m₁υ₁ - m₂υ₂). После преобразований получаем:

m₁υ₀₁ + m₂υ₀₂ = -m₁υ₁ + m₂υ₂ - закон сохранения импульса ( "-"m₁υ₁ так как пушка получила отдачу назад).

1620 × 0 + m₂ × 0 = -1620 × 2 + m₂ × 810

-3240 + 810m₂ = 0

810m₂ = 3240

m₂ = 4 кг

ответ: масса снаряда 4 кг.

1)

Запишем реакцию распада плутония:

₉₄Pu²³⁹ → ₂He⁴ + ₉₂U²³⁵

Используя таблицу, находим энергию распада одного ядра плутония:

Q₁ = Δm·c² = (m плутона - m гелия - m урана)·c² =

= (239,05512-4,00260-235,04299) · 931,4 ≈ 8,87624 МЭв

2)

Число атомов в 1 кг плутония:

m / M = N₀ / Na

N₀ = m·Na / M = 1·6,02·10²³ / 0,239 ≈ 2,52·10²⁴

3)

Период полураспада плутония:

T = 80 000 000 лет ≈ 80 000 000 · 365 · 24 · 3600 ≈ 2,52·10¹⁵ c

4)

Число распавшихся атомов:

ΔN ≈ λ·N₀·Δt = 0,693·2,52·10²⁴·1 / 2,52·10¹⁵ ≈ 6,93·10⁸

5)

Энергия:

Q = Q₁·ΔN = 8,87624 · 6,93·10⁸ ≈ 6,15·10⁹ МЭв