ID: 00015484
В таблице показано, как менялся ток I в катушке идеального колебательного контура при свободных колебаниях (см. рисунок).
Найдите энергию конденсатора в момент времени t=5\cdot10^{-6} с, если индуктивность катушки L=4 мГн. Ответ дайте в наноджоулях, округлите до десятых.

Источник: Сборник Гиголо
Контур идеальный — значит, потерь нет, и полная энергия всё время одна и та же. Она просто «переливается» между катушкой и конденсатором, как вода из стакана в стакан. Запас энергии удобно считать в тот момент, когда весь он сидит в катушке, — это момент максимального тока I_0 (тогда конденсатор пуст). Энергия катушки W_L=\dfrac{LI^2}{2}, и полная энергия контура W=\dfrac{LI_0^2}{2}.
Сначала снимем числа из таблицы. Наибольший по модулю ток — это амплитуда: I_0=4\cdot10^{-3} А. В нужный нам момент t=5\cdot10^{-6} с ток равен I=-2{,}83\cdot10^{-3} А (для энергии важен только модуль, ведь ток входит в квадрате).
Полная энергия контура (вся в катушке при максимальном токе):
W=\dfrac{LI_0^2}{2}=\dfrac{4\cdot10^{-3}\cdot(4\cdot10^{-3})^2}{2}=32\cdot10^{-9} Дж =32 нДж.
В момент t=5\cdot10^{-6} с часть энергии сидит в катушке:
W_L=\dfrac{LI^2}{2}=\dfrac{4\cdot10^{-3}\cdot(2{,}83\cdot10^{-3})^2}{2}\approx16\cdot10^{-9} Дж =16 нДж.
Остальное — в конденсаторе. Раз вся энергия сохраняется, то на конденсатор приходится разность:
W_C=W-W_L=32-16=16 нДж.
Маленькая проверка: 2{,}83\approx2\sqrt{2} — это ровно I_0/\sqrt{2}. При таком токе энергия делится поровну между катушкой и конденсатором, поэтому и получилось ровно половина от полной.
Ответ: 16,0 нДж.