Kvant
Bài toán Kvant

Lời giải bài toán M268—M272; F278—F284

Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →

28

Lời giải bài toán

M268. Ở góc bàn cờ, stosht ftsurra. Con cerok đầu tiên có thể di chuyển nó hai lần liên tiếp như một hiệp sĩ thông thường (hai ô theo một hướng, một ô theo hướng vuông góc) và con thứ hai có thể di chuyển nó một lần với tư cách là một hiệp sĩ với một nước đi kéo dài (ba ô vuông theo một hướng và một ô theo hướng vuông góc). Thế là họ thay phiên nhau. Người đầu tiên cố gắng đặt ftsurra ở góc đối diện, và người thứ hai cố gắng đặt nó vào đó. Cái nào trong số chúng có thể chịu được (kích thước của bảng là n×nn \times n, trong đó n≥4n \geq 4)?

Hãy để hiệp sĩ đầu tiên ở góc dưới bên trái của bàn cờ. Rõ ràng là người chơi đầu tiên, với nước đi đầu tiên của mình, có thể đưa quân mã ra khỏi góc bàn cờ và đặt nó trên đường chéo (xem Hình 1 - dấu thập màu xanh là kết quả nước đi của người chơi đầu tiên). Hãy để chúng tôi chứng minh rằng người chơi đầu tiên có thể tự mình quay trở lại đường chéo và ngày càng cao hơn.

Để người chơi đầu tiên đặt quân mã lên một ô vuông nào đó trên đường chéo của bàn cờ (Hình 2). Các ô mà người chơi thứ hai có thể di chuyển quân mã từ đường chéo vào được đặt trong Hình 2 với các dấu thập màu đen và đỏ. Từ các ô được đánh dấu bằng chữ thập đỏ, người chơi đầu tiên có thể đưa quân mã về đường chéo của bàn cờ, di chuyển nó lên đúng một ô (theo hướng của góc mong muốn). Từ các ô được đặt bằng các chữ thập màu đen, người chơi đầu tiên cũng có thể đưa hiệp sĩ về đường chéo, nhưng không phải về ô tiếp theo mà là sau một ô. Tuy nhiên, rõ ràng là khi kết thúc trò chơi, người chơi thứ hai sẽ không thể đặt hiệp sĩ vào các ô được đặt bằng các chữ thập màu đen: bàn cờ bị giới hạn và khi một hoặc hai ô vuông vẫn còn ở góc trên, các đường viền trên và bên phải của bàn cờ sẽ bị “cắt” khỏi cấu hình kết quả bởi các ô chữ thập màu đen (Hình 3); người chơi thứ hai sẽ buộc phải bắt đầu đặt hiệp sĩ vào các ô vuông có chữ thập đỏ. Rõ ràng là trong trường hợp này người chơi đầu tiên sẽ đạt được mục tiêu.

I. N. Klumova

M269. Chúng ta hãy biểu thị bằng Tk(n)T_k(n) tổng các tích của kk các số từ 1 đến nn. Ví dụ: T2(4)=1.2+1.3+1.4+2.4+3.4=35T_2(4) = 1.2 + 1.3 + 1.4 + 2.4 + 3.4 = 35.

a) Tìm công thức tổng quát của T2(n)T_2(n) và T3(n)T_3(n).
b) Chứng minh rằng Tk(n)T_k(n) được biểu diễn dưới dạng đa thức theo lũy thừa nn của 2k2k (với mọi số tự nhiên k≥2k \geq 2).
b) Nêu phương pháp tìm đa thức Tk(n)T_k(n) (k=2,3,4,…k = 2, 3, 4, \dots) và áp dụng để tìm đa thức T4(n)T_4(n) và T5(n)T_5(n).

Ta sẽ chứng minh rằng T2(n),T3(n),T4(n)T_2(n), T_3(n), T_4(n) và T5(n)T_5(n) lần lượt bằng nhau
(n+1)n(n−1)(3n+2)24,(n+1)2n2(n−1)(n−2)48,\frac{(n+1)n(n-1)(3n+2)}{24}, \frac{(n+1)^2n^2(n-1)(n-2)}{48},
(n+1)n(n−1)(n−2)(n−3)(15n3+15n2−10n−8)5760\frac{(n+1)n(n-1)(n-2)(n-3)(15n^3+15n^2-10n-8)}{5760}

Và
(n+1)2n2(n−1)(n−2)(n−3)(3n2−n−6)11520\frac{(n+1)^2n^2(n-1)(n-2)(n-3)(3n^2-n-6)}{11520}

(cố gắng chứng minh trực tiếp rằng những số này là số nguyên với mọi số nguyên nn), và với mọi kk, các số Tk(n)T_k(n) là giá trị của đa thức TkT_k bậc 2k2k (với hệ số dẫn đầu 1⋅3⋅5⋯(2k−1)1⋅2⋅3⋅4⋯(2k)\frac{1\cdot 3\cdot 5\cdots(2k-1)}{1\cdot 2\cdot 3\cdot 4\cdots(2k)}), trong đó các số - 1, 0, 1, …, (k−1)(k-1) đều có nghiệm.

Nhân tiện xin lưu ý rằng T1(n)T_1(n) — tổng tích của các số từ 1 đến nn “từng số một” — bằng
∑i=1+2+…+n=n(n+1)2.\sum i = 1 + 2 + \ldots + n = \frac{n(n+1)}{2}.

29

Cách đầu tiên. Bạn có thể tìm công thức cho Tk(n)T_k(n) bằng cách sử dụng các công thức phổ biến về tổng lũy ​​thừa của các số tự nhiên:

Σi2=12=22+⋯+n2=n(n+1)(2n+1)6,\Sigma i^2 = 1^2 = 2^2 + \dots + n^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6},

Σi3=13+23+⋯+n3=n2(n+1)24 и т. д.\Sigma i^3 = 1^3 + 2^3 + \dots + n^3 = \frac{n^2(n+1)^2}{4} \text{ и т. д.}

(ví dụ, xem các bài viết của V. S. Abramovich trong «Kvant» Số 5 năm 1973 và Số 6 năm 1974). Ví dụ, từ đẳng thức

(Σi)2=Σi2+2∑ij(\Sigma i)^2 = \Sigma i^2 + 2 \sum ij

theo đó T2(n)T_2(n) bằng

∑i<jij=n(n+1)2(n2+n4−2n+16)=\sum_{i<j} ij = \frac{n(n+1)}{2} \left( \frac{n^2+n}{4} - \frac{2n+1}{6} \right) =

=n(n+1)(n−1)(3n+2)24= \frac{n(n+1)(n-1)(3n+2)}{24}

(kiểm tra xem T2(2)=2T_2(2) = 2, T2(3)=11T_2(3) = 11, T2(4)=35T_2(4) = 35, T2(5)=85T_2(5) = 85).

Từ sự bình đẳng

(Σi)3=Σi3+3∑ij2+6∑ijk,(\Sigma i)^3 = \Sigma i^3 + 3 \sum ij^2 + 6 \sum ijk,

i≠ji<j<ki \neq j \quad i < j < k

(Σi)(Σj2)=Σi3+∑ij2(\Sigma i)(\Sigma j^2) = \Sigma i^3 + \sum ij^2

theo sau T3(n)=∑ijk=i<j<kT_3(n) = \sum ijk = i < j < k

=16((Σi)3−3(Σi)(Σj2)+2Σi3)=n2(n+1)26×= \frac{1}{6} \left( (\Sigma i)^3 - 3(\Sigma i)(\Sigma j^2) + 2\Sigma i^3 \right) = \frac{n^2(n+1)^2}{6} \times

×(n(n+1)8−2n+14+12)=n2(n+1)2(n−1)(n−2)48.\times \left( \frac{n(n+1)}{8} - \frac{2n+1}{4} + \frac{1}{2} \right) = \frac{n^2(n+1)^2(n-1)(n-2)}{48}.

Dưới đây chúng tôi sẽ chỉ ra cách người ta có thể tìm Tk(n)T_k(n) mà không cần lấy công thức tính tổng lũy ​​thừa.

Công thức tái diễn. Nếu tất cả các số hạng của tổng Tk(n)T_k(n) được chia thành hai nhóm: một nhóm bao gồm các tích bao gồm nn, nhóm kia bao gồm các phần còn lại, thì sẽ thu được công thức cơ bản sau:

Tk(n)−Tk(n−1)=nTk−1(n−1)T_k(n) - T_k(n-1) = nT_{k-1}(n-1)

(1)

Cô cùng với một người bình đẳng khác

Tk(k)=1⋅2⋅⋯⋅k=k!T_k(k) = 1 \cdot 2 \cdot \dots \cdot k = k!

cho phép bạn xác định một cách nhất quán tất cả các số Tk(n)T_k(n) cho n≥kn \geq k, nếu Tk−1(n)T_{k-1}(n) đã biết. (Lưu ý rằng nếu TkT_k và Tk−1T_{k-1} là đa thức thì công thức (1) phải được thỏa mãn cho tất cả nn, chứ không chỉ cho số nguyên nn lớn hơn kk; có được điều này, dễ dàng xác minh rằng Tk(n)T_k(n) phải bằng 0 đối với số nguyên nn từ (−1)(-1) đến (k−1)(k-1) và tìm các giá trị của Tk(n)T_k(n) cho số nguyên nn, được chỉ ra trong Bảng 1.) Từ công thức (1) người ta có thể suy ra rằng Tk(n)T_k(n) là đa thức bậc 2k2k, nếu bên phải là đa thức nTk−1(n−1)nT_{k-1}(n-1) bậc 2k−12k-1 từ nn (xem các bài của V. S. Abramovich, đã đề cập ở trên, hoặc bài của V. N. Vaguten trong «Kvant» Số 2, 1972); tuy nhiên, chúng tôi sẽ không chứng minh điều này một cách riêng biệt mà sẽ ngay lập tức thu được công thức cho đa thức Tk(n)T_k(n).

30

Bảng này hiển thị các số Tk(n)T_k(n) (các số Tk(k)=kT_k(k)=k được bao trong khung màu đỏ!

Cách thứ hai. Hãy đặt

Cxm=x(x−1)…(x−m+1)1⋅2⋅3⋅…mC_x^m = \frac{x(x-1)\ldots(x-m+1)}{1\cdot 2\cdot 3\cdot \ldots m}

(3a)

Chúng ta sẽ coi CxmC_x^m là đa thức bậc mm trong xx. Thật dễ dàng để kiểm tra điều đó cho tất cả xx

Cx+1m=Cxm+Cx−1,(x−m)Cxm=(m+1)Cxm+1C_{x+1}^m = C_x^m + C_x^{-1}, (x-m)C_x^m = (m+1)C_x^{m+1}

(36)

Lưu ý rằng

T1(n)=(n+1)n2=Cn+12T_1(n) = \frac{(n+1)n}{2} = C_{n+1}^2

(4a)

Giả sử điều đó đối với một số b0k−1,b1k−1b_0^{k-1}, b_1^{k-1}

Tk−1(n)=Σbmk−1Cn+1mT_{k-1}(n) = \Sigma b_m^{k-1} C_{n+1}^m

(46)

và chọn bmkb_m^k sao cho đa thức (46) và

Tk(n)=ΣbmkCn+1mT_k(n) = \Sigma b_m^k C_{n+1}^m

(5)

đẳng thức (1) được thỏa mãn; vì, theo (36),

Tk(n)−Tk(n−1)=Σbmk(Cn+1m−Cnm)=T_k(n) - T_k(n-1) = \Sigma b_m^k (C_{n+1}^m - C_n^m) =

=ΣbmkCn+1m−Σbmk+1Cnm,nTk−1(n−1)=nΣbmk−1Cnm== \Sigma b_m^k C_{n+1}^m - \Sigma b_m^{k+1} C_n^m, nT_{k-1}(n-1) = n\Sigma b_m^{k-1} C_n^m =

=Σbmk−1(n−m)Cnm+Σbmk−1mCnm== \Sigma b_m^{k-1}(n-m)C_n^m + \Sigma b_m^{k-1}mC_n^m =

=Σbmk−1(m+1)Cn+1m+1+Σbmk−1mCn+1m= \Sigma b_m^{k-1}(m+1)C_{n+1}^{m+1} + \Sigma b_m^{k-1}mC_{n+1}^{m}

(6)

Hơn nữa, theo (4a)

b21=1;b1m=0,m≠2.b_2^1 = 1; b_1^m = 0, m \neq 2.

(7)

Lập bảng số bmkb_m^k và chứng minh rằng

bmk=0,m≤k и m≥2k+1;b2k=1⋅3⋅5…(2k−1);b_m^k = 0, m \leq k \text{ и } m \geq 2k+1; b_2^k = 1\cdot 3\cdot 5\ldots (2k-1);

bk+1k=k!.b_{k+1}^k = k!.

Đẳng thức Posny (2) cho đa thức (5) cũng được thỏa mãn. Theo đó, Tk(n)T_k(n) thực được tính theo công thức (5), trong đó các hệ số bmkb_m^k được tìm thấy từ các đẳng thức (6), (7).

Theo cách tương tự, người ta có thể bị thuyết phục rằng

Tk(n)=ΣdmnCn+m−kmT_k(n) = \Sigma d_m^n C_{n+m-k}^m

(9)

trong đó các hệ số dmkd_m^k được xác định bởi các điều kiện

d21=1;d1m=0,m≠2;d_2^1 = 1; d_1^m = 0, m \neq 2;

dk+1k=−(m−k+1)dk+1k−1+mdk+1k−1.d_{k+1}^k = -(m-k+1)d_{k+1}^{k-1} + md_{k+1}^{k-1}.

(10)

31

Mặc dù công thức (10) cho các hệ số dmkd_m^k kém thuận tiện hơn (6) cho bmkb_m^k, nhưng bản thân các số này nhỏ hơn một chút, do đó từ công thức (9) sẽ thuận tiện hơn khi thu được T4(n)T_4(n) và T5(n)T_5(n) ở dạng chúng được biểu thị ở đầu lời giải. Ví dụ: tìm số dd và sử dụng sự tương ứng (3), ta có

T4(n)=((1058−105)n+37+25)n+26−1Cn+15=Cn+15(15n3+15n2−10n−8)/48.T_4(n) = \left( \left( \frac{105}{8} - 105 \right) \frac{n+3}{7} + 25 \right) \frac{n+2}{6} - 1 C_{n+1}^5 = C_{n+1}^5 (15n^3 + 15n^2 - 10n - 8)/48.

Công thức của T5(n)T_5(n) được biến đổi theo cách hoàn toàn tương tự.

Các số Tk(n)T_k(n) khá phổ biến trong các bài toán tổ hợp và đại số khác nhau; biến mất hoàn toàn khỏi chúng với dấu của số (−1)n+k−1Tk(n)(-1)^{n+k-1} T_k(n) và có một cái tên đặc biệt: Số Stirling.

Ví dụ, ứng dụng của những con số này và sự đồng nhất kết nối chúng được mô tả trong cuốn sách “Giới thiệu về phân tích tổ hợp” của J. Riordan (M., IL, 1963).

◆

Trước hết, cần làm rõ các điều kiện: các hợp âm ABAB và CDCD phải không đều (trong trường hợp này, vị trí của các điểm KK và HH được xác định duy nhất), và các đường ADAD và BCBC cũng không đều (chúng ta biểu thị điểm giao nhau của chúng là EE).

Đầu tiên chúng ta chứng minh rằng đường thẳng KHKH đi qua tâm đường tròn. Để điểm MM di chuyển đều dọc theo đường thẳng KHKH; Chúng ta hãy biểu thị bằng M(t)M(t) vị trí của nó tại thời điểm tt đến M′(t)M'(t) và M′′(t)M''(t)—các hình chiếu của điểm M(t)M(t) lần lượt lên các đường ABAB và CDCD. Ta chọn gốc và đơn vị thời gian sao cho M(0)=KM(0) = K, M(1)=HM(1) = H; sau đó M′(0)=AM'(0) = A, M′(1)=BM'(1) = B, M′′(0)=CM''(0) = C, M′′(1)=DM''(1) = D. Rõ ràng là mỗi điểm M′(t)M'(t) và M′′(t)M''(t) được số hóa thống nhất dọc theo đường thẳng của chính nó.

Tại t=12t = \frac{1}{2}, điểm M′(t)M'(t) và M′′(t)M''(t) rơi vào trung điểm của các đoạn ABAB và CDCD, do đó, điểm M(12)M\left(\frac{1}{2}\right) rơi vào tâm đường tròn - giao điểm của các đường vuông góc với dây ABAB và CDCD, được phục hồi tại trung điểm của chúng.

Bây giờ chúng ta chứng minh rằng đường thẳng KHKH đi qua điểm EE. Đối với bất kỳ vị trí nào của các điểm AA, BB, CC và DD trên đường tròn, các tam giác AEBAEB và CEDCED đều giống nhau (ở hai góc) và đỉnh AA tương ứng với đỉnh CC, đỉnh BB tương ứng với đỉnh DD. Rõ ràng là dưới phép biến đổi tương tự lấy ΔAEB\Delta AEB đến ΔCED\Delta CED, mỗi điểm M′(t)∈(AB)M'(t)\in(AB) chiếu tới điểm M′′(t)∈(CD)M''(t)\in(CD) (có cùng giá trị tt). Nhưng đáy E′E' của chiều cao EE′EE' của tam giác AEBAEB trong trường hợp này đi vào đáy của chiều cao EE′′EE'' của tam giác CEDCED, nghĩa là, đối với một số t=t0t=t_0 đồng thời M′(t0)=E′M'(t_0)=E' và M′′(t0)=E′′M''(t_0)=E'', do đó, M(t)=EM(t)=E.

N. B. Vasiliev

◆

Hãy chứng minh rằng sự sắp xếp cần thiết là có thể thực hiện được.

Nếu số nguyên bb bằng các số nguyên aa và cc thì a+ca+c là số chẵn, do đó các số aa và cc có cùng tính chẵn lẻ, tức là chúng chẵn hoặc lẻ. Do đó, nếu sắp xếp các số 1, 2, …, nn sao cho tất cả các số chẵn đứng trước, sau đó đến tất cả các số lẻ thì số bb có thể bằng ta được ta đứng ở vị trí khác nhau

32

các cạnh của các số aa và cc chỉ khi cả ba số này có cùng tính chẵn lẻ. Như vậy, vẫn còn phải chứng minh rằng cả các số chẵn từ 1 đến nn và các số lẻ đều có thể được sắp xếp theo cách yêu cầu.

Nhưng dễ hiểu là các số 2, 4, 6 đều có vị trí. . ., 2k2k hoặc các số 1, 3, 5, . . ., 2k−12k-1 có thể theo thứ tự như các số 1, 2, . . ., kk. Thật vậy, nếu 2b=2a+2c22b = \frac{2a+2c}{2} hoặc 2b−1=(2a−1)+(2c−1)22b-1 = \frac{(2a-1)+(2c-1)}{2} thì b=a+c2b = \frac{a+c}{2}.

Như vậy, bài toán được rút gọn thành thứ tự các số 1, 2, . . ., kk (k=n2k = \frac{n}{2} nếu nn là số chẵn và k=n+12k = \frac{n+1}{2} nếu nn là số lẻ). Vì mệnh đề đang được chứng minh là đúng với n=1n = 1 nên nó đúng với mọi nn tự nhiên và tuân theo nguyên lý quy nạp toán học.

Lý luận trên đưa ra một cách cụ thể để xây dựng cách sắp xếp cần thiết của các số 1, 2,… . ., nn. Ví dụ: chúng tôi sẽ thực hiện việc xây dựng như vậy cho n=16n=16.

1
2 1
4 2 3 1
8 4 6 2 7 3 5 1
16 8 12 4 14 6 10 2 15 7 11 3 13 5 9 1

M272. Cho hai đường tròn bán kính RR và rr, tiếp tuyến ngoài. Xây dựng các ranh giới ABCD khác nhau sao cho mỗi vòng tròn tiếp xúc với các cạnh bên chung và cùng một vùng tính từ đáy của các ranh giới. Tìm độ dài cạnh AB ngắn nhất có thể.

Cơm. 4.

Không mất tính tổng quát, chúng ta có thể giả sử rằng R>rR>r (nếu R=rR=r thì hình thang ABCD trở thành hình chữ nhật có cạnh AB bằng 2(R+r)=4r2(R+r)=4r). Tâm của hình tròn có bán kính RR được ký hiệu là O1O_1 và tâm của hình tròn có bán kính rr được ký hiệu là O2O_2. Ngoài ra, chúng ta giả sử đường tròn O1O_1 tiếp xúc với đáy AD và đường tròn O2O_2 tiếp xúc với đáy BC. Đặt PQPQ là tiếp tuyến chung ngoài của các đường tròn này (điểm PP nằm trên đường tròn O1O_1 và điểm QQ nằm trên đường tròn O2O_2, xem Hình 1). Dễ dàng tính được độ dài của đoạn PQPQ bằng 2Rr2\sqrt{Rr}.

Chúng ta hãy vẽ các đoạn PAPA và QBQB trên đường thẳng PQPQ bên ngoài đoạn PQPQ và tìm xem sự tương ứng giữa độ dài của các đoạn này là tiếp tuyến AA′AA' với đường tròn O1O_1 (khác với APAP) song song với tiếp tuyến BB′BB' với đường tròn O2O_2 (khác với BQBQ).

Các tiếp tuyến này song song với điều kiện tổng các góc BAA′BAA' và ABB′ABB' bằng 180∘180^\circ, tức là O2BQO_2BQ và Q1APQ_1AP bù nhau thành một góc vuông. Điều kiện cuối cùng có nghĩa là sự bằng nhau của các góc BO2QBO_2Q và O1APO_1AP và do đó, tỷ lệ

∣BQ∣∣O2Q∣=∣O1P∣∣AP∣.\frac{|BQ|}{|O_2Q|} = \frac{|O_1P|}{|AP|}.

Bằng cách đặt x=[BQ]x=[BQ], x′=[AP]x'=[AP], điều kiện để các tiếp tuyến song song AA′AA' và BB′BB' có thể được viết như sau: x⋅x′=R⋅rx \cdot x' = R \cdot r. Độ dài của đoạn ABAB trong trường hợp này bằng x+Rrx+2Rrx + \frac{Rr}{x} + 2\sqrt{Rr}.

Nếu thỏa mãn điều kiện song song thì ký hiệu DD và CC là giao điểm của tiếp tuyến ngoài thứ hai O1O_1 và O2O_2 với các đường thẳng song song AA′AA' và BB′BB', ta thu được hình thang ABCD thỏa mãn

33

Thỏa mãn điều kiện bài toán. Tuy nhiên, tuyên bố này có vẻ khó hiểu khi nhìn vào Hình 4, cần phải được làm rõ. Nhìn vào Hình 5. Nếu số xx quá lớn, bạn sẽ không thể có được hình thang. Rõ ràng số xx phải nhỏ hơn độ dài của đoạn QBQB trong Hình 6. Chứng minh rằng ∣QB∣=2rR−rRr|QB| = \frac{2r}{R-r} \sqrt{Rr}.

Vì vậy, vẫn còn phải giải quyết bài toán sau: tìm giá trị nhỏ nhất của hàm f(x)=x+Rrx+2Rrf(x) = x + \frac{Rr}{x} + 2\sqrt{Rr} trên khoảng 0<x<2rR−rRr0 < x < \frac{2r}{R-r} \sqrt{Rr}. Thay vì hàm này, chúng ta có thể lấy hàm g(x)=x+Rrxg(x) = x + \frac{Rr}{x}, đồ thị của hàm này (tại x>0x > 0) được hiển thị trong Hình 7. Nó tiêu diệt ở 0<x≤Rr0 < x \leq \sqrt{Rr} và trả về ở x≥Rrx \geq \sqrt{Rr} (chứng minh điều này). Do đó, nếu 2rR−r⋅Rr>Rr\frac{2r}{R-r} \cdot \sqrt{Rr} > \sqrt{Rr} thì giá trị nhỏ nhất của độ dài cạnh ABAB là f(Rr)=4Rrf(\sqrt{Rr}) = 4\sqrt{Rr}. Nếu 2rR−r⋅Rr≤Rr\frac{2r}{R-r} \cdot \sqrt{Rr} \leq \sqrt{Rr} thì hàm ff không có giá trị nhỏ nhất trên khoảng ]0,2rR−rRr]0, \frac{2r}{R-r} \sqrt{Rr}.

Bất đẳng thức 2rR−rRr≤Rr\frac{2r}{R-r} \sqrt{Rr} \leq \sqrt{Rr} tương đương với việc dịch R≥3rR \geq 3r. Do đó, nếu r<R<3rr < R < 3r, mức tối thiểu loại trừ là 4Rr4\sqrt{Rr}, nhưng nếu R≥3rR \geq 3r, giá trị tối thiểu ∣AB∣|AB| không tồn tại: độ dài của cạnh ∣AB∣|AB| có thể nhận bất kỳ giá trị nào lớn hơn f(2rR−r×Rr)=(R+r)22r(R−r)Rrf\left(\frac{2r}{R-r} \times \sqrt{Rr}\right) = \frac{(R+r)^2}{2r(R-r)} \sqrt{Rr}, nhưng bản thân giá trị này không đạt tới.

Yu. I. Ionin.

Để đơn giản, chúng ta sẽ giả sử rằng tốc độ của vệ tinh thay đổi trong một khoảng thời gian rất ngắn (nhỏ so với chu kỳ quay của vệ tinh trên quỹ đạo tròn). Khoảng cách tối thiểu từ bề mặt Trái đất đến quỹ đạo hình elip bằng bán kính quỹ đạo tròn ban đầu, tức là cả hai quỹ đạo vệ tinh đều có một điểm chung (điểm II trong Hình 8), tại đó tốc độ của vệ tinh thay đổi. Chúng ta hãy tìm tốc độ v0v_0 và v1v_1 của vệ tinh tại thời điểm này theo quỹ đạo hình tròn và hình elip, sau đó là sự thay đổi tốc độ Δv=v1−v0\Delta v = v_1 - v_0.

Đầu tiên, chúng ta xác định tốc độ v0v_0 của vệ tinh khi chuyển động theo quỹ đạo tròn. Vì gia tốc hướng tâm a=v02R+ha = \frac{v_0^2}{R+h} (RR là bán kính Trái đất) được truyền tới vệ tinh bởi lực hấp dẫn FT=γmM(R+h)2(MF_T = \gamma \frac{mM}{(R+h)^2}(M là khối lượng của Trái đất, mm là khối lượng của vệ tinh), nên theo định luật II của Newton, mv02R+h=γmM(R+h)2\frac{mv_0^2}{R+h} = \gamma \frac{mM}{(R+h)^2}. Từ đẳng thức này chúng ta có thể trực tiếp tìm thấy,

34

v0=γMR+h.v_0 = \sqrt{\gamma \frac{M}{R+h}}.

Để xác định tốc độ v1v_1 của vệ tinh khi nó chuyển động theo quỹ đạo elip ở độ cao hh so với Trái Đất, chúng ta sử dụng định luật bảo toàn năng lượng và định luật Kepler III*). Từ sự tương tự giữa trường hấp dẫn và trường tĩnh điện, chúng ta có thể kết luận rằng tại thời điểm vệ tinh ở khoảng cách hh so với Trái đất, nó có thế năng là Π1=−γmMR+h\Pi_1 = -\gamma \frac{mM}{R+h}. Ngoài ra, vệ tinh có động năng K1=mv122K_1 = \frac{mv_1^2}{2}. Ở độ cao HH tính từ Trái đất, vệ tinh có thế năng Π2=−γmMR+H\Pi_2 = -\gamma \frac{mM}{R+H} và động năng K2=mv222K_2 = \frac{mv_2^2}{2}, trong đó v2v_2 là tốc độ của vệ tinh ở độ cao HH. Theo định luật bảo toàn năng lượng,

mv122−γmMR+h=mv222−γmMR+H.\frac{mv_1^2}{2} - \gamma \frac{mM}{R+h} = \frac{mv_2^2}{2} - \gamma \frac{mM}{R+H}.

Theo định luật thứ hai của Kepler, diện tích được quét bởi vectơ bán kính của vệ tinh trong những khoảng thời gian bằng nhau là bằng nhau. Trong Hình 8 đây là diện tích của các hình được tô bóng. Nếu khoảng thời gian Δt\Delta t nhỏ thì tốc độ của vệ tinh lớn hơn điểm 1 và 2 có thể được coi là không đổi. Sau đó, thay vì xem xét các cung, chúng ta có thể xem xét các tam giác đều tương ứng. Chúng ta hãy viết ra sự bằng nhau về diện tích của chúng:

12v1Δt(R+h)=12v2Δt(R+H).\frac{1}{2} v_1 \Delta t (R+h) = \frac{1}{2} v_2 \Delta t (R+H).

Từ hai đẳng thức cuối cùng ta tìm được

v1=2γM2R+H+hR+HR+h.v_1 = \sqrt{\frac{2\gamma M}{2R+H+h} \frac{R+H}{R+h}}.

Sau đó, sự thay đổi tốc độ vệ tinh

Δv=v1−v0=γMR+h(2(R+H)2R+H+h−1)≈2κMc.\Delta v = v_1 - v_0 = \sqrt{\frac{\gamma M}{R+h}} \left( \sqrt{\frac{2(R+H)}{2R+H+h}} - 1 \right) \approx \frac{2\kappa M}{c}.

Bây giờ chúng ta hãy xác định chu kỳ TT của vòng quay của vệ tinh theo quỹ đạo hình elip. Theo định luật Kepler III, tỉ số bình phương chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh bằng tỉ số lập phương của bán trục lớn các quỹ đạo của nó. Đó là lý do tại sao

T2T02=(2R+h+H)38(R+h)3,\frac{T^2}{T_0^2} = \frac{(2R+h+H)^3}{8(R+h)^3},

trong đó T0=2π(R+h)v0T_0 = \frac{2\pi (R+h)}{v_0} là chu kỳ quay của vệ tinh theo quỹ đạo tròn có bán kính R+hR+h. Kể từ đây,

T=π(2R+H+h)2R+H+h2γM≈12μ.T = \pi (2R+H+h) \sqrt{\frac{2R+H+h}{2\gamma M}} \approx 12\mu.

*) Ví dụ, xem bài viết của E. P. Kuznetsov “Không gian bài toán trong kỳ thi tuyển sinh”, «Kvant», 1974, số 11.

35

F279. Hình trụ làm bằng vật liệu không nóng chảy dẫn điện được chia bằng vách ngăn không nóng chảy thành hai phần, thể tích là V1V_1 và V2V_2. Phần thứ nhất chứa khí ở nhiệt độ T1T_1 dưới áp suất p1p_1. Phần thứ hai chứa cùng một loại khí, nhưng ở nhiệt độ T2T_2 và dưới áp suất p2p_2. Nhiệt độ khí sẽ được thiết lập trong xi lanh nếu vách ngăn được loại bỏ?

Vì thành của hình trụ được làm bằng vật liệu không rắn dẫn điện nên bất kể quá trình nào xảy ra với chất khí trong hình trụ khi nó chuyển động, nó đều tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.

cm1(T−T1)=cm2(T2−T).cm_1(T - T_1) = cm_2(T_2 - T).

Ở đây cc là nhiệt dung riêng của khí, m1m_1 và m2m_2 là khối lượng của khí tương ứng ở phần thứ nhất và thứ hai của hình trụ, và TT là nhiệt độ được thiết lập trong hình trụ sau khi xảy ra trạng thái cân bằng. Từ công thức này (phương trình cân bằng nhiệt), sau khi biến đổi đơn giản, ta thu được

T=(m1/m2)T1+T21+m1m2.T = \frac{(m_1/m_2)T_1 + T_2}{1 + \frac{m_1}{m_2}}.

Tỷ lệ m1m2\frac{m_1}{m_2} không khó tìm được bằng cách hoàn thành phương trình trạng thái khí. Đối với phần khí ở phần hình trụ trước khi tháo vách ngăn ra, ta có thể viết

p1V1=m1μRT1p2V2=m2μRT2.p_1V_1 = \frac{m_1}{\mu}RT_1 \quad p_2V_2 = \frac{m_2}{\mu}RT_2.

Chia đẳng thức thứ nhất cho đẳng thức thứ hai, ta được

m1m2=p1V1T2p2V2T1.\frac{m_1}{m_2} = \frac{p_1V_1T_2}{p_2V_2T_1}.

Rồi cuối cùng

T=T1T2(p1V1+p2V2)p1V1T2+p2V2T1.T = \frac{T_1T_2(p_1V_1 + p_2V_2)}{p_1V_1T_2 + p_2V_2T_1}.

F280. Nguồn sáng cách vật một khoảng 3a có tiêu cự aa. Độ sáng trung bình của một điểm trên màn, nằm cách vạch 1,5 a, thay đổi bao nhiêu lần nếu đặt một tấm kính phẳng 0,5 a giữa vạch và nguồn? Chiết suất của thủy tinh là nn.

36

Chúng ta hãy tìm riêng độ chiếu sáng trong trường hợp thứ nhất và thứ hai, sau đó là tỷ lệ của chúng.

Trong trường hợp đầu tiên, nguồn nằm ở khoảng cách d1=3ad_1 = 3a so với đường dây. Từ công thức thấu kính 1d+1f=1F\frac{1}{d} + \frac{1}{f} = \frac{1}{F}, chúng ta thấy rằng ảnh nguồn nằm cách đường thẳng một khoảng f1=Fd1d1−F=32af_1 = \frac{Fd_1}{d_1 - F} = \frac{3}{2}a, tức là nằm chính xác trên màn hình.

Giả sử diện tích nguồn nhỏ và bằng ΔS\Delta S (kích thước thực tế của nguồn phải nhỏ so với khoảng cách từ nó đến đường thẳng, vì sử dụng công thức thấu kính, chúng ta chỉ xét các tia gần trục quang chính). Sau đó, chúng ta có thể giả sử rằng quang thông, được biểu thị bằng đơn vị diện tích nguồn theo một góc khối đơn vị - hãy ký hiệu nó là II - là một giá trị không đổi. Do đó, quang thông Φ1=IΔSΩ1\Phi_1 = I\Delta S\Omega_1 rơi trên đường thẳng tính từ nguồn, trong đó Ω1\Omega_1 là góc đặc mà tại đó nhìn thấy được đường của các điểm nguồn. Góc Ω1\Omega_1 được đo bằng tỷ lệ Sd12\frac{S}{d_1^2} (SS là diện tích của đường thẳng, d1d_1 là khoảng cách từ đường thẳng đến nguồn). Dòng ánh sáng này sau khi thấu kính chạm vào màn hình. Vùng hình ảnh ΔS1\Delta S_1 trên màn hình có liên quan đến vùng nguồn là f12d12\frac{f_1^2}{d_1^2}, tức là

Δs1ΔS=f12d12=14.\frac{\Delta s_1}{\Delta S} = \frac{f_1^2}{d_1^2} = \frac{1}{4}.

Khi đó độ sáng màn hình trong trường hợp đầu tiên bằng

E1=Φ1ΔS1=ISd12ΔSΔS1=49ISa2.E_1 = \frac{\Phi_1}{\Delta S_1} = I \frac{S}{d_1^2} \frac{\Delta S}{\Delta S_1} = \frac{4}{9} \frac{IS}{a^2}.

Sau khi một tấm phẳng ngang được đặt giữa nguồn và thấu kính, ảnh của nguồn do tấm đó mang lại sẽ trở thành nguồn cho thấu kính. Hãy tìm vị trí của hình ảnh này (khoảng cách xx trong Hình 9).

Ví dụ, để làm điều này, chúng ta sẽ xây dựng đường đi của hai tia xuất phát từ điểm AA của nguồn. Để một tia vuông góc với tấm và tia thứ hai tạo thành một góc nhỏ α\alpha với tia thứ nhất. Từ tam giác A′CKA'CK đoạn CKCK bằng

CK=A′Ktgα=(l−x+a2)tgα.CK = A'K \mathrm{tg} \alpha = \left(l - x + \frac{a}{2}\right) \mathrm{tg} \alpha.

Ở phía bên kia,

CK=CD+KD=a2tgβ+ltgα.CK = CD + KD = \frac{a}{2} \mathrm{tg} \beta + l \mathrm{tg} \alpha.

Kể từ đây,

(l−x+a2)tgα=a2tgβ+ltgα.\left(l - x + \frac{a}{2}\right) \mathrm{tg} \alpha = \frac{a}{2} \mathrm{tg} \beta + l \mathrm{tg} \alpha.

Do đó x=a2(1−tgβtgα)x = \frac{a}{2} \left(1 - \frac{\mathrm{tg} \beta}{\mathrm{tg} \alpha}\right). Vì các góc α\alpha và β\beta nhỏ nên tgβtgα=sin⁡βsin⁡α=1n\frac{\mathrm{tg} \beta}{\mathrm{tg} \alpha} = \frac{\sin \beta}{\sin \alpha} = \frac{1}{n} và x=a2(1−1n)x = \frac{a}{2} \left(1 - \frac{1}{n}\right). Do đó, ảnh của nguồn do tấm cho trước có khoảng cách d2=3a−x=a2(5+1n)d_2 = 3a - x = \frac{a}{2} \left(5 + \frac{1}{n}\right).

37

Trong trường hợp này, kích thước của hình ảnh giống với kích thước của nguồn (xem Hình 9). Quang thông Φ2\Phi_2 tới thấu kính từ nguồn mới này là Φ2=IΔSΩ2=IΔSSd22\Phi_2 = I \Delta S \Omega_2 = I \Delta S \frac{S}{d_2^2}.

Bây giờ, từ công thức thấu kính, hãy tìm vị trí ảnh của nguồn này:

f2=Fd2d2−F=a5n+13n+1.f_2 = \frac{Fd_2}{d_2 - F} = a \frac{5n + 1}{3n + 1}.

Rõ ràng là trên màn hình không có hình ảnh rõ ràng mà trên màn hình có một điểm mờ. Tuy nhiên, vì đối với kính nn nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2 nên f2f_2 nhận các giá trị từ 1,54 a đến 1,57 a. Đây là ảnh nằm cách màn một khoảng 0,05 a. Khoảng cách này nhỏ so với khoảng cách 1,5 a từ màn đến thấu kính. Ngoài ra, kích thước của vật và đường kính của thấu kính cũng nhỏ (lưu ý một lần nữa rằng chúng ta chỉ đang xem xét các chùm tia đồng trục hẹp). Do đó, chúng ta có thể giả định rằng kích thước của một hình ảnh rõ ràng không khác với kích thước của điểm trên màn hình (Hình 10) và Δs2ΔS=f22d22=4n2(3n+1)2\frac{\Delta s_2}{\Delta S} = \frac{f_2^2}{d_2^2} = \frac{4n^2}{(3n + 1)^2}.

Khi đó màn hình chiếu sáng E2E_2 trong trường hợp này bằng

E2=Φ2Δs2=ISΔSd22Δs2=(3n+15n+1)2ISa2,E_2 = \frac{\Phi_2}{\Delta s_2} = \frac{I S \Delta S}{d_2^2 \Delta s_2} = \left( \frac{3n + 1}{5n + 1} \right)^2 \frac{I S}{a^2},

và tỷ lệ chiếu sáng

E2E1=94(3n+15n+1)2.\frac{E_2}{E_1} = \frac{9}{4} \left( \frac{3n + 1}{5n + 1} \right)^2.

Ban đầu, hiệu điện thế giữa các bản của tụ điện là E2E_2, và điện tích của tụ điện là q1=CE2q_1 = CE_2. Sau khi đóng chìa khóa, dòng điện sẽ chạy qua mạch và hiệu điện thế giữa các bản tụ (hiệu điện thế giữa các điểm BB và AA) sẽ bằng U2=E2−Ir2U_2 = E_2 - Ir_2, trong đó II là dòng điện chạy qua mạch. Hãy tìm dòng điện này.

Từ đặc tính dòng điện của diode, suy ra rằng khi dòng điện chạy qua diode thì điện áp chạy qua nó luôn bằng U2=1ϵU_2 = 1\epsilon. Hãy viết định luật Ohm cho mạch hoàn chỉnh:

E2−E1=Uπ+Ir1+Ir2.E_2 - E_1 = U_{\pi} + Ir_1 + Ir_2.

Từ đây

I=E2−E1−Uπr1+r2.I = \frac{E_2 - E_1 - U_{\pi}}{r_1 + r_2}.

Khi đó, sau khi đóng chìa khóa, hiệu điện thế giữa các bản tụ sẽ bằng

U2=E2−E2−E1−Uπr1+r2r2,U_2 = E_2 - \frac{E_2 - E_1 - U_{\pi}}{r_1 + r_2} r_2,

*) Trong «Kvant» số 6 năm 1974, trong điều kiện bài toán F281 có một lỗi đánh máy.

38

và phí của nó

q2=CU2=CE2−Cr2E2−E1−Uπr1+r2.q_2 = CU_2 = CE_2 - Cr_2 \frac{E_2 - E_1 - U_\pi}{r_1 + r_2}.

Do đó, điện tích của tụ điện sẽ thay đổi một lượng

Δq=q2−q1=−Cr2E2−E1−Uπr1+r2=−23⋅10−6 мкф.\Delta q = q_2 - q_1 = -Cr_2 \frac{E_2 - E_1 - U_\pi}{r_1 + r_2} = -\frac{2}{3} \cdot 10^{-6} \text{ мкф.}

F282. Tên là tần số dao động “đối xứng” của hệ như trên Hình 12, a. Khối lượng của các quả cầu là m, hệ số đàn hồi của lò xo là k.

Trước hết, hãy tìm lực tác dụng lên mỗi quả bóng khi nó được trộn từ vị trí cân bằng (Hình 12, 6). Chúng ta hãy biểu thị khoảng cách ban đầu của quả bóng đến tâm của hệ (điểm O) là x0x_0, khoảng cách mới là xx, độ dịch chuyển của quả bóng so với vị trí cân bằng là Δx\Delta x, chiều dài ban đầu của lò xo là l0l_0, chiều dài của nó ở trạng thái giãn là ll và sự thay đổi độ dài của lò xo là Δl\Delta l.

Cơm. 12.

Như có thể thấy trong Hình 12, 6,
l0=2x0cos⁡30∘ и l=2xcos⁡30∘.l_0 = 2x_0 \cos 30^\circ \text{ и } l = 2x \cos 30^\circ.
Khi đó mỗi lò xo khi trộn các viên bi sẽ bị giãn ra một lượng

Δl=l−l0=2(x−x0)cos⁡30∘=3Δx.\Delta l = l - l_0 = 2(x - x_0) \cos 30^\circ = \sqrt{3} \Delta x.

Do đó, mỗi quả bóng sẽ chịu tác dụng của hai lực có độ lớn tuyệt đối từ phía lò xo: ​​F=kΔl=3kΔxF = k\Delta l = \sqrt{3}k\Delta x.

Lực bằng nhau của các lực này hướng về vị trí cân bằng của quả bóng và bằng giá trị tuyệt đối (Hình 12, 6) F′=2Fcos⁡30∘=3kΔxF' = 2F \cos 30^\circ = 3k\Delta x, tức là tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển của quả bóng khỏi vị trí cân bằng. Điều này có nghĩa là hệ tương đương với một hệ gồm ba nam châm lò xo thông thường được nối tại điểm O và mỗi nam châm có độ cứng k′=3kk' = 3k. Do đó, tần số dao động của hệ sẽ bằng

ω=k′m=3km.\omega = \sqrt{\frac{k'}{m}} = \sqrt{\frac{3k}{m}}.

F283. Các quả cầu tích điện có cùng khối lượng, đặt cách nhau một khoảng l, âm

Các quả bóng di chuyển ra xa nhau dưới tác dụng của lực đẩy điện F, bằng (trong hệ đơn vị SGSE)

F=q2r2,F = \frac{q^2}{r^2}, trong đó qq là điện tích của mỗi quả bóng, rr là khoảng cách

39

(không có tốc độ ban đầu). Sau t giây, khoảng cách giữa chúng được thông báo. Sau bao lâu sẽ biết được khoảng cách giữa các quả bóng nếu chúng được thả từ khoảng cách 3l?

Δx2Δx1=3\frac{\Delta x_2}{\Delta x_1} = 3

Để kk thay đổi theo giá trị Δk=Δxx0\Delta k = \frac{\Delta x}{x_0}. thì độ dịch chuyển của mỗi quả bóng trong trường hợp đầu tiên (когда 2x0=l\text{когда } 2x_0 = l) là Δx1=Δkl2\Delta x_1 = \Delta k \frac{l}{2}, và trong trường hợp thứ hai (когда 2x0=3l\text{когда } 2x_0 = 3l) là Δx2=Δk32l\Delta x_2 = \Delta k \frac{3}{2} l. Tỉ số chuyển động của quả bóng bằng

Δx2Δx1=3.\frac{\Delta x_2}{\Delta x_1} = 3.

Bây giờ hãy so sánh tốc độ trung bình của các quả bóng. Để làm điều này, chúng ta sẽ sử dụng định luật bảo toàn năng lượng. Tại thời điểm ban đầu, các quả bóng chỉ có thế năng tương tác điện Π0=q22x0\Pi_0 = \frac{q^2}{2x_0} (trong hệ thống SGSE). Tại thời điểm khoảng cách giữa các quả bóng là 2x2x thì chúng có thế năng Π=q22x\Pi = \frac{q^2}{2x} và động năng K=2mv22K = 2 \frac{mv^2}{2} (m là khối lượng của quả bóng). Theo định luật bảo toàn năng lượng q22x0=q22x+mv2\frac{q^2}{2x_0} = \frac{q^2}{2x} + mv^2. Từ đây

v=q22mx−x0xx0=q22x0mk−1k.v = \sqrt{\frac{q^2}{2m} \frac{x-x_0}{xx_0}} = \sqrt{\frac{q^2}{2x_0 m} \frac{k-1}{k}}.

Chúng ta thấy rằng với cùng một độ dịch chuyển tương đối kk thì tốc độ của quả bóng trong trường hợp đầu tiên lớn hơn q2/mlq2/3ml=3\frac{\sqrt{q^2/ml}}{\sqrt{q^2/3ml}} = \sqrt{3} lần tốc độ của quả bóng trong trường hợp thứ hai.

Rõ ràng là khi kk thay đổi theo giá trị Δk\Delta k thì tốc độ trung bình của các quả bóng sẽ chênh lệch 3\sqrt{3} lần: vcp.1vcp.2=3\frac{v_{\text{cp.1}}}{v_{\text{cp.2}}} = \sqrt{3}.

Thời gian cần thiết để di chuyển đến Δx1\Delta x_1 trong trường hợp đầu tiên và đến Δx2\Delta x_2 trong trường hợp thứ hai lần lượt bằng nhau

Δt1=Δx1vcp.1 и Δt2=Δx2vcp.2.\Delta t_1 = \frac{\Delta x_1}{v_{\text{cp.1}}} \text{ и } \Delta t_2 = \frac{\Delta x_2}{v_{\text{cp.2}}}.

Từ đây

Δt2Δt1=Δx2Δx1vcp.1vcp.2=33,\frac{\Delta t_2}{\Delta t_1} = \frac{\Delta x_2}{\Delta x_1} \frac{v_{\text{cp.1}}}{v_{\text{cp.2}}} = 3 \sqrt{3},

nghĩa là, đối với bất kỳ thay đổi nào về giá trị kk, thời gian chuyển động trong trường hợp đầu tiên lớn hơn 333 \sqrt{3} lần thời gian chuyển động trong trường hợp thứ hai.

Vì vậy, khi khoảng cách giữa các quả bóng

40

t2t1=33\frac{t_2}{t_1} = 3\sqrt{3}

Đầu tiên, xét trường hợp tấm rơi thẳng đứng xuống dưới với vận tốc không đổi vv. Các electron rơi cùng với tấm bị tác dụng bởi từ trường bởi lực Lorentz (Hình 13) Fπ=evBF_\pi = evB (e là điện tích của electron). Kết quả là các electron sẽ trộn lẫn về phía bên phải của tấm. Sự phân bố lại các electron bên trong tấm dẫn đến xuất hiện một điện trường hướng từ trái sang phải (xem Hình 13). Sự trộn lẫn các electron sẽ xảy ra cho đến khi lực Lorentz bên trái cân bằng với lực F3F_3 tác dụng từ điện trường: Fπ=F3F_\pi = F_3, hoặc evB=eEevB = eE. Do đó tính định hướng của điện trường E=vBE = vB.

Vì độ dày của tấm nhỏ hơn nhiều so với bán kính của nó nên điện trường bên trong tấm có thể được coi là đồng đều (có thể bỏ qua hiệu ứng cạnh). Điều này có nghĩa là bản tụ có thể được coi là một tụ điện phẳng, giữa các bản có hiệu điện thế là u=Ed=Bvdu = Ed = Bvd, điện tích của nó bằng

q=Cu=ε0SdBvd=ε0SBvq = Cu = \frac{\varepsilon_0 S}{d} Bvd = \varepsilon_0 SBv

(S=πR2S = \pi R^2 là diện tích của tấm).

Điện tích này phụ thuộc vào tốc độ của tấm. Khi tấm chuyển động với một gia tốc nào đó, cùng với tốc độ của tấm theo thời gian, các điện tích ở hai bên của tấm cũng sẽ thay đổi. Do đó, khi tốc độ của tấm thay đổi sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó

I=ΔqΔt=ε0SBΔvΔt=ε0SBaI = \frac{\Delta q}{\Delta t} = \varepsilon_0 SB \frac{\Delta v}{\Delta t} = \varepsilon_0 SB a

trong đó aa là gia tốc của tấm. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, một lực F=BIdF = BId tác dụng lên một dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường và hướng thẳng đứng lên trên. Vì vậy, ngoài lực hấp dẫn, một lực FF cũng sẽ tác dụng lên tấm kim loại khi nó rơi khỏi từ trường. Hãy viết phương trình chuyển động của tấm:

ma=mg−BIdma = mg - BId hoặc ma=mg−B2dε0aπR2ma = mg - B^2 d\varepsilon_0 a\pi R^2.

Từ đây

a=g11+B2dε0πR2m.a = g \frac{1}{1 + \frac{B^2 d\varepsilon_0 \pi R^2}{m}}.

Tôi. Sh. Slobodetsky