Объяснение:
Посчитаем поле бесконечной равномерно заряженной нити. Из аксиальной симметрии задачи следует, что и поле имеет аксиальную симметрию. Другими словами, оно является функцией только расстояния от нити до точки наблюдения: \mathbf{E}=E(r)\cdot \mathbf{e_r}}
Здесь \mathbf{e_r}er - единичный вектор вдоль перпендикуляра из точки наблюдения на нить, он "смотрит" прочь от последней, а rr - расстояние от точки наблюдения до нити.
Для того, чтобы посчитать поле в явном виде, проще всего воспользоваться теоремой Гаусса.
Выберем такую поверхность: это цилиндр, ось которого совпадает с нитью, радиусом rr и длиной образующей ll .
Теорема Гаусса гласит, что поток поля через замкнутую поверхность с точностью до размерного множителя \frac{1}{\varepsilon_0}ε01 равен заряду внутри нее:
$\int\limits_{\partial V} \mathbf{E}\cdot \mathrm d\mathbf S=\frac{1}{\varepsilon_0}\int\limits_V \rho\ \mathrm d V
Левая часть в нашем случае распадается на три слагаемых:
1) поток через боковую поверхность,
2) поток через верхнее дно,
3) поток через нижнее дно.
Очевидно, что два последних вклада не дадут, поскольку, как уже было сказано, поле имеет только радиальные компоненты, а значит, перпендикулярно плоскостям, в которых лежат основания цилиндра.
Первое слагаемое дает вклад \Phi=E(r)\cdot 2\pi r\cdot lΦ=E(r)⋅2πr⋅l
Правая часть теоремы Гаусса тоже очень легко считается.
Q=\lambda lQ=λl
Итак,
E(r)2\pi rl=\dfrac{1}{\varepsilon_0}\lambda l.E(r)2πrl=ε01λl.
Отсюда легко выразить явный вид поля:
E(r)=\dfrac{\lambda}{2\pi \epsilon_0}\cdot \dfrac 1rE(r)=2πϵ0λ⋅r1 .
Все, подставим числа, посчитаем.
E(r)=\dfrac{k\lambda}{2r}=\dfrac{9\cdot 10^9\cdot 2\cdot 10^{-4}}{2\cdot 10\cdot 10^{-2}}=900\mathrm{\ \dfrac Vm}.E(r)=2rkλ=2⋅10⋅10−29⋅109⋅2⋅10−4=900 mV.
1.Дано: A = 22500 Дж, m = 1500 кг
Найти: h-?
1) Кран поднимал груз вертикально вверх, мы имеем право высоту h обозначить как путь S, это нам понадобится потом. для начала найдём силу:
F = mg = 1500 * 10 = 15000 H
2) Теперь из формулы работы выразим S и найдём его:
A = FS => S = \frac{A}{F} = \frac{22500}{15000} = 1,5 метра
ответ: 1,5 метра
2.Дано: h=5 м, V=0,6 м3, ρ=2500 кг/м3, A−?
Так как на камень действует две силы, Fa и Fт,
то найдем разность:
F=Fт-Fа=m*g(вместо Fт)- po*g*v(вместо Fа)
Масса камня тут будет равняться m=po*v= 2500 кг/м3 * 0,6м3= 1500 кг.
Потом F= m*g(вместо Fт)- po*g*v(вместо Fа)= 1500*9.8Н/кг-1000кг*9,8Н/кг*0,6м3=14700Н-5880Н=8820Н
Далее найдем работу по формуле A=F*h, отсюда мы получаем:
A=8820Н*5м=44100Дж=44,1кДж
ответ:A=44,1кДж
3.Мощность двигателя подъемной машины равна N=4 кВт. Какой груз она может поднять на высоту h=15 м в течении t=2 мин.
m - ?
A= m*g*h
A= N*t
m=N*t/g*h=4000*120/10*15=3200 кг =3,2 т - ответ
4.V = 200 м3.
ρ = 1000 кг/м3.
h 10 м.
t = 5 мин = 300 с.
g = 10 м/с2.
КПД = 40%.
Nз - ?
КПД насоса, который поднимает воду, показывает, какой процент затраченной механической работы Аз насоса при подъёме воды переходит в полезную работу Ап.
КПД = Ап * 100 % / Аз.
Полезную работу насоса Ап выразим формулой: : Ап = m * g * h , где m – масса поднятой воды, h – высота подъёма воды, g – ускорение свободного падения.
Затраченную работу Аз насоса выразим формулой: Аз = Nз * t, где Nз – мощность, которую развивает насос, t – время подъёма воды..
КПД = m * g * h * 100 % / Nз * t.
Nз = m * g * h * 100 % / КПД * t.
Массу воды m, которую подняли, выразим формулой: m = ρ * V, где ρ – плотность воды, V – объем поднятой воды.
Nз = ρ * V * g * h * 100 % / КПД * t.
Nз = 1000 кг/м3 * 200 м3 * 10 м/с2 * 10 м * 100 % / 40 % * 300 с = 166666,7 Вт.
ответ: при подъёме воды насос развивает мощность Nз = 166666,7 Вт.
