Задача. Электрон и протон из состояния покоя ускоряются в одном и том же однородном электростатическом поле до скоростей, модули которых значительно меньше скорости света. Определите отношение модулей скоростей электрона и протона после прохождения одного и того же расстояния. Масса электрона кг, масса протона кг.
Дано:
кг
кг
Найти:
— ?
Решение
Думаем: изменение скорости (а, соответственно, и кинетической энергии) достигается за счёт работы поля. Тогда связь между работой поля и кинетической энергией можно обнаружить из теоремы об изменении кинетической энергии:
(1)
т.к. начальная кинетическая энергия равна 0.
Работу электрического поля найдём через определение:
(2)
Решаем: подставим (2) в (1) и выделим искомую скорость.
(3)
Получившаяся скорость характеризует движение как протона, так и электрона, тогда и для той и для другой частицы подставим характеристики движущихся частиц:
(4)
(5)
где — модуль заряда электрона и протона.
Найдём искомое поделив (4) на (5):
(6)
Считаем:
Ответ: .