В4 Вариант 6.Свободные ядро изотопа \[ \left({}_{79}^{200}{\rm Au} \right) \] и ядро изотопа хрома \[ \left({}_{24}^{50} {\rm Cr} \right) \] находятся на большом расстоянии друг от друга. Ядру хрома сообщили скорость, направленную вдоль прямой, соединяющей его с ядром золота. Если минимальное расстояние, на которое сблизились ядра,
r = 10,6 нм, то модуль начальной скорости υ
0 ядра хрома был равен …
км/с.
Решение. И в этой задаче составители выходят за программу ЦТ этого года (потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов). В таких случаях вы имеете право написать замечание о не соответствии данного задания «Программе вступительных испытаний … 2008 года».
Решаем задачу через закон сохранения энергии. В начальном состоянии система ядра хрома-золота обладают только кинетической энергией хрома (уравнение (1)), где m(Cr) = 50 а.е.м. (не забудьте сделать перевод к кг) – масса ядра хрома; энергией взаимодействия ядер пренебрегаем, т.к ядра находятся на большом расстоянии друг от друга. В конечном состоянии их энергия находится по формуле (2), где учитываем, что минимальное расстояние будет в случае, когда два ядра будут двигаться с одинаковой скоростью в одном направлении (ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ, многие делают ошибку, и считают что минимальное расстояние будет в случае, когда скорости ядер будут равны нулю. Это не так, и противоречит закону сохранения импульса). Здесь так же учли потенциальную энергию взаимодействия точечных зарядов, находящихся на расстоянии r. Заряды ядер равны q(Cr) = 24e; q(Au) = 79e, где е – элементарный заряд. Масса ядра m(Au) = 200 а.е.м.
Общую скорость найдем из закона сохранения импульса в проекции на ось, направленную вдоль начальной скорости движения хрома (уравнения 3). С учетом этого кинетическая энергия ядер будет равна (4).
В итоге приравняем энергии и решим уравнение (5) относительно начальной скорости. Получаем конечную формулу (6) и ответ, после подстановки чисел (7): 35232 м/с =
35 км/с.