No.1ベストアンサー
- 回答日時:
(1)
リングの微小部分 adθの電荷 λadθによる電位 dVは
dV=λadθ/(4πε₀√(x²+a²))
リング全体による電位は
V=∫dV=∫[0→2π] λadθ/(4πε₀√(x²+a²))
=(λa/2ε₀)/√(x²+a²)
電界は
E=-gradV=<-(λa/2ε₀)(-1/2)2x(x²+a²)⁻³/², 0, 0>
=<(λa/2ε₀)x/(x²+a²)³/², 0, 0>
(2)
意味不明だが、電荷の質量をmとすると、
mx''=-Q(E_x)=-Q(λa/2ε₀)x/(x²+a²)³/²
x≪a らしいので x²+a²≒a²として
x''=-Q(λa/2ε₀)x/a³=-(λQ/2ε₀a²)x
これは単振動の式で、解はよく知られており、
x=Acoswt+Bsinwt , w=√(λQ/2ε₀a²)
となる。
x'=w(-Asinwt+Bcoswt)
において、x'(0)=0 を入れると、B=0を得るので
x=Acoswt
となる。
Aは初期の位置で、運動は単振動になる。
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