تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
Particle Colliding with Reflecting Walls
المؤلف:
Sidney B. Cahn And Boris E. Nadgorny
المصدر:
A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
الجزء والصفحة:
part 1 , p 12
28-7-2016
1200
Particle Colliding with Reflecting Walls
Consider a particle of mass m moving in two dimensions between two perfectly reflecting walls which intersect at an angle χ at the origin (see Figure 1.1). Assume that when the particle is reflected, its speed is unchanged and its angle of incidence equals its angle of reflection. The particle is attracted to the origin by a potential U(r) = -c/r2 where c is some constant.
Figure 1.1
Now start the particle at a distance R from the origin on the x-axis with a velocity vector V = (Vx, Vy). Assume Vy ≠0, Vx < 0.
a) Determine the equation for distance of closest approach to the origin.
b) Under what conditions will the particle reach the origin?
c) Under what circumstance will it escape to infinity?
SOLUTION
a) The presence of the perfectly reflecting walls is a smokescreen, obscuring the two-dimensional central force problem (see Figure 1.2a). In r, θ coordinates, each reflection merely changes into -
, which does not affect the energy or the magnitude of the angular momentum, so ignore the walls.
Figure 1.2a
Write the energy as
(1)
where l is the angular momentum of the particle about the origin. If the particle does not actually hit the origin, at its closest approach to the origin r = rca, ṙ = 0 (see Figure 1.2b). Equating the initial energy of the particle with its energy here:
(2)
where l = mVyR. Solving (2) for rca gives the distance of closest approach.
Figure 1.2b
b) Considering the problem in one dimension, we write the effective potential from (1)
(3)
It has a maximum when ∂Ueff/∂r = 0.
(4)
Here
(5)
If the energy of the particle exceeds this value, the particle will greet the origin and escape to infinity. In addition, if the energy is less than this value, but the initial position R is less than the value given by (4)
then the particle will also reach the origin.
c) If, as in (b), the energy exceeds (5), then the particle will escape to infinity. If, on the other hand, the energy is too small, but the particle starts with R > rca then the particle will turn around at rca and escape also.