|
Любые вопросы по всем формам ГИА - ОГЭ и ЕГЭ
|
|
|
miflin | Дата: Понедельник, 04.01.2016, 22:54 | Сообщение # 346 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Есть задача, известная, надеюсь.
Для школьников она с двумя звездочками, предлагается также и студентам. Меня интересует школа.
На расстоянии h от бесконечной незаряженной проводящей плоскости помещают заряд q.
С какой силой будет действовать на него плоскость?
Интересует, какой метод решения наиболее подходит для школьников?
В сборнике И.М.Гельфгат, Л.Э.Генденштейн, Л.А.Кирик 1001 ЗАДАЧА ПО ФИЗИКЕ задача под номером 12.30
В ответах есть решение, но мне оно кажется несколько переусложненным.
Может я просто зациклился на своем... Не вижу необходимости вводить второй заряд (-q) в решение.
Моё решение основано на экранировании, т.е. на отсутствии поля по ту сторону плоскости.
В точке, симметричной (относительно плоскости) точке нахождения заряда, поле отсутствует (как и в других точках "с той стороны").
Это результат суперпозиции поля зяряда и поля наведенного заряда плоскости.
Мы можем посчитать напряженность поля заряда в этой точке - она находится на расстоянии 2h от заряда.
Плоскость же создает в ней равную по модулю, и противоположную по знаку напряженность, а в силу симметрии
создает такую же по модулю напряженность и в точке, где находится заряд, откуда и вычисляется сила.
Авторы в ответе тоже говорят об отсутствии поля, но почему-то вводят фиктивный заряд...
04.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Вторник, 05.01.2016, 12:12 | Сообщение # 347 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
miflin, всё это хорошо, только откуда это можно строго получить? Если найти распределение наведенного на плоскости заряда, а потом найти эту самую суперпозицию и показать, что там действительно будет ноль, тогда ага.
Цитата miflin (  ) Моё решение основано на экранировании, т.е. на отсутствии поля по ту сторону плоскости.
В точке, симметричной (относительно плоскости) точке нахождения заряда, поле отсутствует (как и в других точках "с той стороны").
Это результат суперпозиции поля зяряда и поля наведенного заряда плоскости. 05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Вторник, 05.01.2016, 13:03 | Сообщение # 348 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата Александр_Игрицкий ( ) только откуда это можно строго получить?
Экранирование вроде бы экспериментальный факт...
05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Вторник, 05.01.2016, 13:27 | Сообщение # 349 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата miflin ( ) Экранирование вроде бы экспериментальный факт...
Никаких возражений.
Факт.
Только его природу нужно убедительно объяснить (дотошному школьнику).
05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Вторник, 05.01.2016, 16:56 | Сообщение # 350 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата Александр_Игрицкий ( ) Только его природу нужно убедительно объяснить (дотошному школьнику).
Ну, объяснение природы экспериментальных фактов - дело неблагодарное...
Как объяснить, например, природу закона Кулона?
Я всё-таки хочу остаться исключительно в рамках упомянутой задачи.
Считаю, что объяснение должно быть максимально простым.
Имеем два физических объекта: заряд и плоскость, которая не пускает его поле "в ту сторону".
Вот поля, ими созданные, и надо складывать, тем более, что результат заранее известен - 0.
Без всяких посредников в виде воображаемых зарядов.
Потом, конечно, можно (и нужно для дотошных) говорить о создании методов. Того же "зеркального заряда".
Чё я так разгоношился?  Эту задачу я пару раз встречал на других форумах,
где обратившемуся за помощью в решении многозначительно намекали на эквипотенциальность,
перпендикулярность к плоскости силовых линий...
Нет, намеки, конечно, правильные, и приближающие к природе явления (не за горами принцип минимума
потенциальной энергии), но не приближающие к "как же посчитать эту силу?"
"Про бензин я, барин, понял. Ты мне теперь скажи, куда лошадь запрягать!"
Вспомнить об этой почти забытой задаче побудило меня очередное её появление.
05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Вторник, 05.01.2016, 17:50 | Сообщение # 351 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
miflin, относительно форума "dxdy.ru".
Я как человек легко увлекающийся любыми интересными задачками, да и просто любыми хорошими вопросами, не захожу на такие форумы, чтобы они не искушали и не отвлекали. Просто табу. Мне нашего форума вполне достаточно, чтобы обсуждать более разнообразные темы. От чистых профессиональных задач нужно иногда и отдыхать.
Цитата miflin ( ) Как объяснить, например, природу закона Кулона?
Зачем же так?
Я сейчас буду писать пошлую банальность.
Были, есть и, скорее всего, всегда будут оставаться определенные ещё не достаточно объясненные факты. Но есть уже познанные физические законы. И есть ещё одним важный момент: что значит объяснить. Чем можно пользоваться при объяснении того или иного факта? Я понятия не имею, почему природа подсунула нам закон Кулона. Но меня вполне удовлетворяет тот факт, что он следует из уравнений Максвелла. Более того, меня вполне удовлетворяет и успокаивает то, что удачное конструирование соответствующего действия или лагранжиана приводит к этим уравнениям на бумаге.
И замечательно, что бумага не врёт, и её тексты объясняют очень многое.
Применительно к рассматриваемой задачке.
Что я сказал бы школьникам?
Мы имеем экспериментально обнаруженный закон Кулона, под который подвели прекрасную теоретическую базу. Отличный пример завершенности без полнейшего понимания, а что же такое заряд.
Теперь нужно сгруппировать вместе всё, что имеет отношение к этому закону и чем можно пользоваться. Понятие поля с основными характеристиками - напряженность поля и потенциал, принцип суперпозиции, наглядность силовых линий, действие поля на носители заряда, определение проводника как бездонного резервуара свободных электронов и т.д.
А теперь попробуем понять, почему все это вместе взятое приводит к тому, что металлическая поверхность ведёт себя именно так, а не иначе.
Возможно, что у меня это каприз, но каприз неистребимый. Я не могу принять в качестве объяснения факт экранировки, если мне не разложат всё по полочкам. Для меня подобные объяснения совершенно аналогичны ссылке в геометрии на наглядность рисунка без ссылок на теоремы, в алгебре - на ссылку на график со словами "Ну Вы же видите...". Прекрасно вижу, но как аргумент никогда не принимаю.
Извините за многословность.
05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Вторник, 05.01.2016, 18:48 | Сообщение # 352 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата Александр_Игрицкий ( ) А теперь попробуем понять, почему все это вместе взятое приводит к тому, что металлическая поверхность ведёт себя именно так, а не иначе.
Да я ж не спорю.
Но я, повторюсь, вел речь о первой ступеньке - всего лишь! - на которую школьник должен устойчиво поставить ногу.
Речь шла о конкретной задаче (N12.30), решение которой можно объяснить (как?) и среднему школьнику,
не собирающемуся в будущем воспарять к уравнениям Максвелла.
05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Вторник, 05.01.2016, 22:58 | Сообщение # 353 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата miflin ( ) Речь шла о конкретной задаче (N12.30), решение которой можно объяснить (как?) и среднему школьнику, не собирающемуся в будущем воспарять к уравнениям Максвелла.
Цитата miflin ( ) Но я, повторюсь, вел речь о первой ступеньке - всего лишь! - на которую школьник должен устойчиво поставить ногу.
Пусть школьник объяснит, как наведенный на плоской проводящей пластине заряд позволяет ей стать экраном для точечного заряда, и потом ставит ногу смело куда угодно.
Представим себе, что в начале координат находится заряд +Q, а полоса 10<=x<=12 - бесконечная проводящая пластина.
Вектор напряженности электрического поля от заряда в любой точке пространства, в том числе и внутри проводящей полосы, имеет компоненту вдоль ОХ - нормальную к поверхности полосы, а также тангенциальную компоненту вдоль поверхности полосы. Каким должно быть индуцированное внешним зарядом распределение зарядов внутри проводящей пластины, чтобы результирующее поле внутри и справа от неё исчезло?
И только после этого можно совершенно обоснованно говорить об экранировке.
05.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Среда, 06.01.2016, 05:19 | Сообщение # 354 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Я пячусь назад, Вы рветесь в облака... Нужен ещё кто-то, который потянет в воду.
Popugayka, третьей будете?
06.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Среда, 06.01.2016, 13:06 | Сообщение # 355 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
miflin, я же не говорю о конкретных формулах, но качественная картинка должна быть обязательно.
06.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Среда, 06.01.2016, 21:24 | Сообщение # 356 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата Александр_Игрицкий ( ) я же не говорю о конкретных формулах, но качественная картинка должна быть обязательно.
Качественная - да. Кто ж спорит.
А вот и немного формул. Постарался расцветить картинку, чтобы использовать минимум слов.
Цветные стрелки - векторы напряженностей полей от объектов соответствующего цвета: двух зарядов и плоскости.
Черная - сила, которую требуется найти.
06.01.2016
Сообщение отредактировал miflin - Среда, 06.01.2016, 21:24
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Среда, 06.01.2016, 21:59 | Сообщение # 357 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
miflin, бестолковый стал. Не пойму, что изображено.
Можно просто немного слов, где и что?
06.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Среда, 06.01.2016, 22:18 | Сообщение # 358 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Это несколько усложненный вариант задачи, о которой мы говорили.
По одну сторону бесконечной нейтральной проводящей плоскости (красная) разместили два заряда Q
(зеленый и синий). Расстояния указаны. Найти силу, которая действует на один из зарядов (в точке А в данном случае).
В А' суммарное поле равно нулю. Поле плоскости вообще-то нужно изображать одним вектором,
но я, для удобства, разложил его на две составляющих (красные), каждая из которых противодействует
одной из напряженностей (синяя и зеленая стрелки), созданных зарядами Q, чтобы в сумме был ноль -
то самое экранирование. Т.е. один из красных векторов противоположен зеленому, другой - синему.
Вычисляем эти напряженности и зеркально отражаем в точку А, куда добавляем
напряженность от верхнего заряда и вычисляем силу, действующую на нижний заряд.
06.01.2016
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Среда, 06.01.2016, 22:51 | Сообщение # 359 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
miflin, вопросы дотошного школьника:
Откуда у поля плоскости составляющая вдоль плоскости. Нормальная - это понятно, а откуда тангенциальная?
И ещё.
В самом начале изолированная плоскость была нейтральной, тогда откуда же появился индуцированный заряд?
И совсем ещё.
Какова напряженность поля в той части полупространства, где расположен заряд?
И совсем-совсем-совсем ещё - он же самый первый:
Цитата miflin ( ) В А' суммарное поле равно нулю.
А вот об этом и речь. Откуда это? Только без экранирования, если можно.
06.01.2016
Сообщение отредактировал Александр_Игрицкий - Среда, 06.01.2016, 22:56
|
|
|
|
| |
|
|
miflin | Дата: Четверг, 07.01.2016, 10:16 | Сообщение # 360 |
miflin
Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
2663 |
| Награды: |
87 |
| Статус: |
Offline |
|
Цитата Александр_Игрицкий ( ) Откуда у поля плоскости составляющая вдоль плоскости.
От неравномерного распределения плотности поверхностного заряда.
Цитата Александр_Игрицкий ( ) В самом начале изолированная плоскость была нейтральной, тогда откуда же появился индуцированный заряд?
В результате электростатической индукции.
Цитата Александр_Игрицкий ( ) Какова напряженность поля в той части полупространства, где расположен заряд?
Можно предложить два математически эквивалентных приема.
1. Можно в симметричной точке поместить заряд противоположного знака, а плоскость убрать, т.к. наведенный
на ней заряд исчезнет. Это называется "метод изображений".
2. Если по каким-то соображениям введение фиктивного заряда претит , то можно использовать факт отсутствия
поля в другой части полупространства (см. картинку выше).
Цитата Александр_Игрицкий ( ) А вот об этом и речь. Откуда это? Только без экранирования, если можно.
Из решения уравнения Лапласа "методом изображений" для данного частного случая.
07.01.2016
|
|
|
|
| |
|
