Logo
Logo

Муха-Цокотуха

На каком расстоянии $r$ от конденсатора будет Муха, когда окажется вне конденсатора на его оси симметрии (см. рисунок)?

Пусть на оси симметрии конденсатора на равном расстоянии от обкладок конденсатора потенциал равен нулю, тогда при смещении вдоль $O O^{\prime}$ на расстояние $\frac{d}{20000}$ потенциал будет равен $\varphi_{x}=\frac{d}{20000} \frac{Q}{\varepsilon_{0} \pi R^{2}}$, где $Q$ — заряд на обкладках. На больших расстояниях от конденсатора на его оси $O O^{\prime}$ поле конденсатора можно рассматривать как поле двух точечных зарядов. В этом случае
$$
\varphi=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}}\left(\frac{Q}{r}-\frac{Q}{r+d}\right) \approx \frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{Q d}{r^{2}}.
$$Так как Муха-Цокотуха умеет летать только по эквипотенциальным поверхностям, потенциал поля в ее начальной и конечной точках полета равны, т. е.
$$
\frac{d}{20000} \frac{Q}{\varepsilon_{0} \pi R^{2}}=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \cdot \frac{Q d}{r^{2}}, \quad\text {тогда}\quad r=R \sqrt{5000} \approx 70.7 R.
$$

Ответ: $$
r=R \sqrt{5000} \approx 70.7 R.
$$