راهنمایی کوتاه: در این مسئله از پایستگی انرژی مکانیکی در میدان الکتریکی استفاده میکنیم.
گامبهگام:
- ۱) در این سیستم فقط نیروی الکتریکی (نیروی پایستار) وارد میشود، بنابراین انرژی مکانیکی کل پایسته است.
- ۲) انرژی مکانیکی = انرژی جنبشی + انرژی پتانسیل الکتریکی.
- ۳) در نقطه A سرعت q₁ صفر است، پس انرژی جنبشی آن صفر است.
- ۴) چون انرژی مکانیکی پایسته است و در ابتدا انرژی جنبشی داشتیم، در نقطه A انرژی پتانسیل الکتریکی بیشینه است (تمام انرژی جنبشی به پتانسیل تبدیل شده).
- ۵) انرژی مکانیکی در تمام نقاط ثابت است و برابر با انرژی مکانیکی اولیه (نصف m v₀² + انرژی پتانسیل اولیه) است، نه صفر.
- ۶) هنگام دور شدن دو بار از هم، فاصله افزایش مییابد، بنابراین انرژی پتانسیل الکتریکی (که برای بارهای همنام مثبت است) کاهش مییابد.
پاسخ نهایی: گزینه سوم صحیح نیست زیرا انرژی مکانیکی در نقطه A صفر نیست، بلکه ثابت و برابر با انرژی مکانیکی اولیه است.
مثال مشابه: اگر توپی را با سرعت اولیه به سبال بالا پرتاب کنیم، در بالاترین نقطه سرعتش صفر میشود (انرژی جنبشی صفر)، انرژی پتانسیل گرانشی بیشینه است، اما انرژی مکانیکی کل ثابت میماند.
اگر میخواهی بیشتر یاد بگیری: میتوانی رابطه انرژی پتانسیل الکتریکی بین دو بار نقطهای را مرور کنی: و قانون پایستگی انرژی مکانیکی را برای نیروهای پایستار تمرین کنی.
