Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 4217
2017-10-13 
На входе цепи, показанной на рис. 1, поддерживается постоянное напряжение $U$. Сначала все ключи разомкнуты, конденсаторы не заряжены. Какие манипуляции с ключами и движком реостата $R$ нужно произвести, чтобы: 1) напряжение на конденсаторе $C_{1}$ равнялось $U$ и лампочка при этом горела; 2) напряжение на конденсаторе $C_{2}$ равнялось $U$ и лампочка тоже горела?
Решение:
Замкнем вначале ключ К. Для того чтобы лампочка горела, ключ $K_{1}$ должен быть замкнут. Замкнем его. В этом случае напряжения на конденсаторах отличны от нуля и в сумме равны приложенному напряжению $U$. Изменить эти напряжения можно, только замкнув ключ $K_{2}$. Замкнем и его. Если теперь, передвигая движок, сделать сопротивление реостата равным нулю, то все напряжение $U$ будет приложено к лампочке. Напряжение на конденсаторе $C_{2}$ также станет равным $U$, а напряжение на конденсаторе $C_{1}$ обратится в нуль: мы реализовали ситуацию 2). Теперь можно разомкнуть ключ $K_{2}$ и вернуть движок реостата в прежнее положение. При этом напряжение на конденсаторе $C_{2}$ останется равным $U$, на $C_{2}$ — равным нулю, а лампочка продолжает гореть. Хотя теперь состояние ключей такое же, как и до замыкания $K_{2}$, но напряжения на конденсаторах иные. Другими словами, система «помнит» свою предысторию.
Обратим внимание на то, что при выбранной последовательности манипуляций с ключами напряжение на конденсаторе $C_{1}$ невозможно сделать равным $U$. Нужно искать иную последовательность манипуляций. Попробуем после замыкания ключа К замкнуть не ключ $K_{1}$, как раньше, а ключ $K_{2}$. При этом напряжение на конденсаторе $C_{1}$ станет равным $U$, на $C_{2}$ — равным нулю, а лампочка, разумеется, гореть не будет. Теперь разомкнем ключ $K_{2}$, при этом напряжения на конденсаторах не изменятся. Если затем замкнуть ключ $K_{1}$, то лампочка загорится, и будет реализована ситуация 1).
Таким образом, в обоих рассмотренных случаях конечные положения всех ключей и движка реостата одинаковы, лампочка горит, но распределения напряжений на конденсаторах диаметрально противоположны. Эти напряжения зависят от предшествовавшей последовательности переключений.
На входе цепи, показанной на рис. 1, поддерживается постоянное напряжение $U$. Сначала все ключи разомкнуты, конденсаторы не заряжены. Какие манипуляции с ключами и движком реостата $R$ нужно произвести, чтобы: 1) напряжение на конденсаторе $C_{1}$ равнялось $U$ и лампочка при этом горела; 2) напряжение на конденсаторе $C_{2}$ равнялось $U$ и лампочка тоже горела?
Решение:
Замкнем вначале ключ К. Для того чтобы лампочка горела, ключ $K_{1}$ должен быть замкнут. Замкнем его. В этом случае напряжения на конденсаторах отличны от нуля и в сумме равны приложенному напряжению $U$. Изменить эти напряжения можно, только замкнув ключ $K_{2}$. Замкнем и его. Если теперь, передвигая движок, сделать сопротивление реостата равным нулю, то все напряжение $U$ будет приложено к лампочке. Напряжение на конденсаторе $C_{2}$ также станет равным $U$, а напряжение на конденсаторе $C_{1}$ обратится в нуль: мы реализовали ситуацию 2). Теперь можно разомкнуть ключ $K_{2}$ и вернуть движок реостата в прежнее положение. При этом напряжение на конденсаторе $C_{2}$ останется равным $U$, на $C_{2}$ — равным нулю, а лампочка продолжает гореть. Хотя теперь состояние ключей такое же, как и до замыкания $K_{2}$, но напряжения на конденсаторах иные. Другими словами, система «помнит» свою предысторию.
Обратим внимание на то, что при выбранной последовательности манипуляций с ключами напряжение на конденсаторе $C_{1}$ невозможно сделать равным $U$. Нужно искать иную последовательность манипуляций. Попробуем после замыкания ключа К замкнуть не ключ $K_{1}$, как раньше, а ключ $K_{2}$. При этом напряжение на конденсаторе $C_{1}$ станет равным $U$, на $C_{2}$ — равным нулю, а лампочка, разумеется, гореть не будет. Теперь разомкнем ключ $K_{2}$, при этом напряжения на конденсаторах не изменятся. Если затем замкнуть ключ $K_{1}$, то лампочка загорится, и будет реализована ситуация 1).
Таким образом, в обоих рассмотренных случаях конечные положения всех ключей и движка реостата одинаковы, лампочка горит, но распределения напряжений на конденсаторах диаметрально противоположны. Эти напряжения зависят от предшествовавшей последовательности переключений.
