Движение заряженных частиц в электростатическом поле точечных источников

На заряженную частицу в электростатическом поле действует кулоновская сила, которую можно найти, зная напряженность поля в данной точке

Эта сила сообщает ускорение

где m — масса заряженной частицы. Как видно, направление ускорения будет совпадать с направлением , если заряд частицы положителен (q > 0), и будет противоположно , если заряд отрицателен (q<0).

Если электростатическое поле однородное ( = const), то ускорение = const и частица будет совершать равноускоренное движение (разумеется, при отсутствии других сил). Вид траектории частицы зависит от начальных условий. Если вначале заряженная частица покоилась или ее начальная скорость сонаправлена с ускорением , то частица будет совершать равноускоренное прямолинейное движение вдоль поля и ее скорость будет расти. Если , то частица будет тормозиться в этом поле.

Если угол между начальной скоростью и ускорением острый О < < 90° (или тупой), то заряженная частица в таком электростатическом поле будет двигаться по параболе.

Во всех случаях при движении заряженной частицы в электростатическом поле будет изменяться модуль скорости, а следовательно, и кинетическая энергия частицы.

Существенное отличие магнитного поля от электростатического состоит, во-первых, в том, что магнитное поле не действует на покоящуюся заряженную частицу. Магнитное поле действует только на движущиеся в поле заряженные частицы. Во-вторых, сила Лоренца, действующая на заряженные частицы в магнитном поле, всегда перпендикулярна скорости их движения. Поэтому модуль скорости в магнитном поле не изменяется. Не изменяется, следовательно, и кинетическая энергия частицы. Вид траектории заряженной частицы в магнитном поле зависит от угла между скоростью влетающей в поле частицы и магнитной индукцией. Возможны три различных случая.

1. Заряженная частица влетает в магнитное поле со скоростью , направленной вдоль поля или противоположно направлению магнитной индукции поля . В этих случаях сила Лоренна и частица будет продолжать двигаться равномерно прямолинейно.
2. Заряженная частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции (рис. 1), тогда сила Лоренца , а следовательно, и сообщаемое ускорение будут постоянны по модулю и перпендикулярны к скорости частицы. В результате частица будет двигаться по окружности, радиус которой можно найти на основании второго закона Ньютона:

Отношение — называют удельным зарядом частицы.

Рис. 1

Период вращения частицы

то есть период вращения не зависит от скорости частицы и радиуса траектории. На этом основано действие циклотрона.

1. Скорость заряженной частицы направлена под углом к вектору (рис. 2).

Рис. 2

Движение частицы можно представить в виде суперпозиции равномерного прямолинейного движения вдоль поля со скоростью и движения по окружности с постоянной по модулю скоростью в плоскости, перпендикулярной полю. Радиус окружности определяется аналогично предыдущему случаю, только надо заменить на , то есть

В результате сложения этих движений возникает движение по винтовой линии, ось которой параллельна магнитному полю. Шаг винтовой линии

Направление, в котором закручивается спираль, зависит от знака заряда частицы.

Если скорость заряженной частицы составляет угол с направлением вектора неоднородного магнитного поля, индукция которого возрастает в направлении движения частицы, то R и h уменьшаются с ростом B. На этом основана фокусировка заряженных частиц в магнитном поле.

Если на движущуюся заряженную частицу помимо магнитного поля с индукцией действует одновременно и электростатическое поле с напряженностью , то равнодействующая сила, приложенная к частице, равна векторной сумме электрической силы и силы Лоренца

Характер движения и вид траектории зависят в данном случае от соотношения этих сил и от направления электростатического и магнитного полей.

25. Этапы решения транспортной задачи: введение фиктивных пунктов для сведения задачи к замкнутой модели.

Выше приведено решения задач с помощью методов линейного программирования. Возможно также использовать алгоритм решения транспортной задачи. Применение этого алгоритма требует, чтобы задача удовлетворяла определенным требованиям:
должна быть известна стоимость перевозки единицы продукта из каждого пункта производства в пункт назначения;
запас продуктов в каждом пункте производства должен быть известен;
потребности в продуктах в каждом пункте производства должны быть известны;
общее предложение должно быть равно общему спросу, то есть задача должна быть транспортной.

Задача 1 не являлась транспортной как раз по тому, что не удовлетворяла предпосылке 4). Тем не менее,
можно ввести фиктивный завод, потребность которого определяется разностью между общим предложением и общим спросом. Потребность фиктивного завода по данным задачи 2.1 составила бы (11 500 — 8500) = 3000 бутылок. Любые продукты, которые подлежат распределению в фиктивный пункт назначения, на деле не вывозятся из пункта производства. В случае, если общее предложение меньше общего спроса, поступают аналогичным образом, то есть в модель вводится фиктивный поставщик, максимальный объем поставок которого равен величине неудовлетворенного спроса. Количество товаров, вывозимых из фиктивного пункта производства, характеризует величину недостающих поставок.

Алгоритм решения транспортной задачи состоит из четырех этапов:
Этап 1. Представление данных в форме стандартной таблицы и поиск любого допустимого распределения перевозок. Допустимым называется такое распределение перевозок, которое позволяет удовлетворить весь спрос в пунктах назначения и вывезти весь запас продуктов из пунктов производства.
Этап 2. Проверка полученного распределения перевозок на оптимальность.
Этап 3. Если полученное распределение перевозок не является оптимальным, то ресурсы перераспределяются, снижая стоимость транспортировки.
Этап 4. Повторная проверка оптимальности полученного распределения перевозок.
Данный итеративный процесс повторяется до тех пор, пока не будет получено оптимальное решение.