Номер 4, страница 145 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

4. Как должна двигаться частица, чтобы она излучала электромагнитные волны?

4. Для того чтобы частица излучала электромагнитные волны, она должна удовлетворять двум ключевым условиям:
1. Частица должна обладать электрическим зарядом (например, быть электроном или протоном). Нейтральные частицы не являются источниками электромагнитных волн в классическом понимании.
2. Частица должна двигаться с ускорением.

Рассмотрим это подробнее. Ускорение — это любое изменение вектора скорости. Это означает, что излучение происходит не только когда частица изменяет величину своей скорости (разгоняется или замедляется), но и когда она изменяет направление своего движения, даже если модуль скорости остается постоянным (например, при движении по окружности).

• Покоящаяся заряженная частица ($v=0, a=0$) создает вокруг себя только постоянное во времени (статическое) электрическое поле. Излучения нет.
• Заряженная частица, движущаяся равномерно и прямолинейно ($v=\text{const}, a=0$), создает вокруг себя постоянное электрическое и постоянное магнитное поле. Эти поля перемещаются вместе с частицей, но не распространяются в виде волны. Излучения также нет.
• Заряженная частица, движущаяся с ускорением ($a \neq 0$), создает переменные во времени электрическое и магнитное поля. Согласно теории Максвелла, переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое. Этот процесс взаимного порождения полей распространяется в пространстве со скоростью света и представляет собой электромагнитную волну. Эта волна уносит энергию от ускоряющейся частицы.

Таким образом, любое ускоренное движение заряженной частицы является источником электромагнитных волн. Примеры такого движения включают колебания электронов в антенне, движение электронов по круговой орбите в синхротроне или их резкое торможение при попадании на мишень (что порождает тормозное рентгеновское излучение).

Мощность излучения прямо пропорциональна квадрату ускорения частицы. Для нерелятивистской частицы (скорость которой намного меньше скорости света) полная мощность излучения определяется формулой Лармора: $P = \frac{q^2 a^2}{6 \pi \varepsilon_0 c^3}$ где $q$ — заряд частицы, $a$ — её ускорение, $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная, а $c$ — скорость света в вакууме. Из формулы следует, что если ускорение равно нулю, то и мощность излучения равна нулю.

Ответ: Чтобы частица излучала электромагнитные волны, она должна быть заряженной и двигаться с ускорением.