Решение
Республиканская олимпиада 2009 11 класс № 2Часть первая. Толчок.
Обозначим площадь пластин конденсатора буквой
1.1 При увеличении расстояния между пластинами на величину
Относительное изменении емкости:
Причем это соотношение будет справедливо при любом
1.2 Т.к. перемещение мгновенное, заряд на конденсаторе не изменяется, поэтому:
т.е.
Относительно изменение напряжения:
Выражения для энергий:
где
Поэтому:
Периоды колебаний в контуре до и после перемещения равны соответственно:
Относительное изменение:
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 Аналогично, используя выражения (8) и (10), получаем:
т.е.
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
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 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: