Решение

Республиканская олимпиада 2009 11 класс № 2

Часть первая. Толчок.

Обозначим площадь пластин конденсатора буквой . Тогда его емкость:

1.1

1.1 При увеличении расстояния между пластинами на величину , емкость конденсатора становится равной:

Относительное изменении емкости:

Причем это соотношение будет справедливо при любом .

1.2

1.2 Т.к. перемещение мгновенное, заряд на конденсаторе не изменяется, поэтому:

т.е.

Относительно изменение напряжения:

Выражения для энергий:

где - заряд конденсатора.

Поэтому:

Периоды колебаний в контуре до и после перемещения равны соответственно:

Относительное изменение:

1.3

1.3 Т.к. относительные изменения напряжения и энергии одинаковы (выражения (6) и (8)), то можно записать следующее равенство:

из которого следует, что энергия пропорциональна напряжению, а их отношение остается постоянным:

1.4

1.4 Аналогично, используя выражения (8) и (10), получаем:

т.е. , следовательно:

2.1

2.1 При возвращении пластин на первоначальное расстояние, энергия конденсатора не изменяется, т.к. эта операция проводится при нулевом напряжении на пластинах конденсатора. Поэтому два раза за период колебаний энергия увеличивается в раз.
Количество перемещений находит из условия:

Получаем:

Т.к. увеличение энергии происходит дважды за период, то время необходимое для увеличения энергии в 10 раз:

2.2

2.2 Т.к. сопротивление небольшое, то на протяжении половины периода напряжение изменяется по синусоидальному закону. Тогда средняя мощность, выделяемая на сопротивлении:

Для поддержания колебаний необходимо, чтобы увеличение энергии за половину периода полностью компенсировало тепловые потери:

Поэтому: