A1
2.50
A narrow straight channel passes through the center of a fixed cube with a side \(a\). The cube is uniformly charged, the charge density is \(\rho\). The distance from the cube center to the point of intersection of the channel and a face is \(L\). In the channel there is a particle of a mass \(m\) and a charge \(q\). Find the period of small oscillations of the particle near the center. The gravitational interaction of the particle and the cube can be neglected. The cube and the particle are oppositely charged.
1M1
The idea of the cube decomposition is stated: either into 2 cubes ($+\rho$, $-\rho$) or into a cube and 3 plates.
Идея разбиения на куб и пластины
0.20
2M1
The thickness of the plates is correctly related to the displacement of the particle $h_x$ (either $2h_x$ on one side, or $h_x$ on both sides and with opposite charges)
Одна пластина толщиной х2 или две (+ и -)
0.20
3M1
A correct initial expression (e.g. in terms of an integral) for the electric field (or potential) induced by one of the plates at the center of the cube is given.
Верные исходные уравнения для поля или потенциала пластины
0.30
4M1
The above equation is transformed such that it becomes independent of $a$ and the orientation of the channel
Получено выражение для поля пластины не зависящее от $a$ и $\alpha$ (ориентация канала)
0.30
5M1
The resulting equation E=$\cfrac{\rho h}{6\epsilon_0}$ is obtained
Итоговое выражение для поля пластины не содержащее интегралы
0.30
6M1
The vector sum of forces is written (or shown that the electrostatic force is aligned with the channel)
Сложение сил по проекциям
0.20
7M1
The resulting equation for the force is correct (both modulus and direction) $\vec{F} = \cfrac{q\rho}{3\epsilon_0}\vec{r}$ (The direction is the key here, and must be clearly stated)
Верное выражение для силы и направления. Ключевым является направление, оно должно явно следовать из выражения.
0.30
8M2
A differential of the electrostatic field (or potential) induced by an infinitesimal volume element is given
Записан дифференциал потенциала или поля от маленького элемента куба
0.20
9M2
A correct volume integral for the field (or potential) is given
Записан трехмерный интеграл для поля или потенциала
0.20
10M2
The above integral is transformed such that it becomes independent of $a$ and the orientation of the channel
Интеграл сведен к виду, не содержащему $a$ и $\alpha$ (ориентация канала)
0.60
11M2
The resulting equation $E=\cfrac{\rho h}{6\epsilon_0}$ is obtained
Верное значение напряженности или потенциала (без интеграла)
0.50
12M2
The resulting equation for the force is correct (both modulus and direction) $\vec{F} = \cfrac{q\rho}{3\epsilon_0}\vec{r}$ (The direction is the key here, and must be clearly stated)
Верное выражение для силы и направления. Ключевым является направление, оно должно явно следовать из выражения.
0.30
13M3
The proof of centrality of the electrostatic field (e.g. $V = Ax^2 + By^2 + Cz^2$)
Доказательство центральности поля
0.50
14M3
The proof of central symmetry of the electrostatic field (e.g. $A=B=C, V=A*r^2$)
Доказательство $V=Ar^2$
0.50
15M3
The correct coefficient $A$ for the proof above is found (e.g. from Gauss law)
Значение $A$
0.20
16M3
Gauss law is written and correctly applied.
Запись теоремы Гаусса
0.30
17M3
The resulting equation for the force is correct $\vec{F} = \cfrac{q\rho}{3\epsilon_0}\vec{r}$
Выражение для силы
0.30
18
Equation of motion of an harmonic oscillator is obtained
Дифференциальное уравнение колебаний
0.20
19
The resulting equation for the period is correct (up to the signs of charges): $T = 2\pi \sqrt{\cfrac{3\epsilon_0 m}{|q||\rho|}}$ (Marked only if method is correct and justified)
Верное выражение для периода (с любым знаком под корнем). Оценивается только при правильном и обоснованном методе.
0.40
20
The opposite signs of the charges are considered, and, as a result, period of oscillations contains $\sqrt{-\rho q}$
Верный знак по корнем. Оценивается, даже если ответ не правильный.