Feladat: 2074. fizika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Cynolter Gábor 
Füzet: 1986/szeptember, 278. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Egyéb időben állandó elektromos mező, Pontszerű töltés térerőssége, Határozott integrál, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1985/november: 2074. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Az eredő tér a töltött negyedkör és a félegyenes rúd által keltett terek szuperpozíciója. Bebizonyítjuk, hogy a keresett térerősség ugyanakkora, mint egy végtelen hosszúságú egyenes szigetelő rúd esetén. Be kell látnunk, hogy a negyedkörív által létrehozott tér erőssége az adott pontban megegyezik egy végtelen félegyenes terének erősségével. Osszuk fel a körívet elemi hosszúságú darabokra, és az ábrán látható módon minden elemi körívnek feleltessünk meg egy elemi szakaszt a félegyenesen. Így a negyedkörívet egyértelmű módon le lehet képezni a félegyenesre. Most belátjuk, hogy egy elemi körív és a neki megfelelő elemi szakasz által létrehozott térerősség megegyezik. Az elemi körív által létrehozott tér erőssége az O pontban: ΔE1=14πε0σΔφR. A megfelelő elemi szakasz által létrehozott térerősség: ΔE2=14πε0σΔxl2. Felhasználva, hogy Δx=lΔφcosφ és cosφ=Rl, adódik, hogy ΔE1=ΔE2. Mivel ΔE1 és ΔE2 iránya is megegyezik, ezért állításunkat bebizonyítottuk. Egy végtelen hosszúságú egyenes szigetelő tere tőle R távolságra:

E=12πε0σR.
Ekkora tehát a keresett térerősség az O pontban, és iránya merőleges a félegyenesre. A megoldásból következik, hogy ugyanekkora egy félkörív által a középpontban keltett térerősség is. A végtelen hosszúságú szigetelő tere ismert, számításának módja megtalálható a középiskolás tankönyvben.
 
Megjegyzés: A feladatot többen integrálszámítással oldották meg. Természetesen ezt a megoldást is elfogadtuk, de szeretnénk megjegyezni, hogy ha a lapban megjelenő feladatok megoldhatók csak a tananyag ismeretében, akkor lehetőleg ezt a megoldást válasszuk. A fenti megoldásból is látszik, hogy néha egyszerűbb a megoldás, ha előbb végiggondoljuk a feladatot és nem a mechanikus számolást választjuk.