ID: 00017131
Протон влетает в электрическое поле конденсатора параллельно его пластинам в точке, находящейся посередине между его пластинами (см. рисунок). Минимальная скорость v, с которой протон должен влететь в конденсатор, чтобы затем вылететь из него, равна 350 км/с. Длина пластин конденсатора 5 см, напряжённость электрического поля конденсатора 5200 В/м. Каково расстояние между пластинами конденсатора? Поле внутри конденсатора считать однородным, силой тяжести пренебречь. Система находится в вакууме.

Источник: Сборник Гиголо
Протон входит ровно посередине и летит вдоль пластин. Поле сносит его к одной из пластин. «Минимальная скорость, чтобы вылететь» — это пограничный случай: при ней протон у самого края конденсатора смещается ровно на половину зазора, \dfrac{d}{2}, и едва не задевает пластину. Если скорость меньше — врежется. Значит, приравниваем поперечное смещение к \dfrac{d}{2} и выражаем d.
Сила поля F=eE даёт ускорение a=\dfrac{eE}{m_p}. Вдоль пластин движение равномерное, время пролёта t=\dfrac{L}{v}.
Поперечное смещение за это время \dfrac{d}{2}=\dfrac{a t^2}{2}=\dfrac{eE}{2m_p}\cdot\dfrac{L^2}{v^2}. Отсюда d=\dfrac{eEL^2}{m_p v^2}.
Подставим e=1,6\cdot10^{-19} Кл, m_p=1,67\cdot10^{-27} кг, E=5200 В/м, L=0,05 м, v=3,5\cdot10^{5} м/с: d=\dfrac{1,6\cdot10^{-19}\cdot5200\cdot(0,05)^2}{1,67\cdot10^{-27}\cdot(3,5\cdot10^5)^2}=\dfrac{2,08\cdot10^{-18}}{2,05\cdot10^{-16}}\approx0,01 м.
Ответ: d \approx 0,01 м (\approx 1 см).
d ≈ 0,01 м (≈ 1 см)