物理の問題がわかりません。どなたか教えていただけないでしょうか。 1、3個の点電荷［QA=3.0

物理の問題がわかりません。どなたか教えていただけないでしょうか。

1、3個の点電荷［QA=3.00（μC）、QB=6.00（μC）、QC=-5.00（μC）］を正三角形の頂点に置いた。電荷QBに働く電気力の合力を求めなさい。電荷間距離r=0.300（m）とする。

2、一辺がa（m）の正方形の頂点A、B、Cにそれぞれq（C）、-2q（C）、q（C）の電荷があるとき、
（a）頂点Dでの電場の強さを求めなさい。
（b）頂点Dに新たにQ（C）の電荷を置いたときの静電気力FDの大きさと向きを求めなさい。
（c）頂点Dの電位を求めなさい。

物理が苦手で、本を読んでも先生に聞いてもイマイチピンときません。どうかお願いします。

質問者からの補足コメント

• 何もしていないなんて言っていません。頑張って解こうとして、それでもわからなかったからこうして聞いているのです。それともこういった問題の解き方を教えて欲しいという質問はいけないのですか？基本的なことでも、聞いてはいけないのですか？

    補足日時：2016/07/28 18:53

• 定義を使ってというのはわかりましたが、その後に合力や新しくできた電荷における静電気力の大きさと向きというのが少しわかりません。
  そのまま足すのか、それとも電荷同士の距離に関係しているのか教えて下さい。

    補足日時：2016/07/28 23:08

No.1 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2016/07/28 18:01

前の質問への回答に同じ。

「どなたか教えていただけないでしょうか」と繰り返しているひまがあったら、理解するように努力すべきです。

はじめから「教えてもらえばよい、誰かが助けてくれる」と、理解すること、苦労することを放棄していませんか？
前の質問も含め、これが理解できないまま先に進んでも、ほとんど全部理解できないままで終わりますよ。

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2016/07/29 14:03

No.2です。

解き方を。面倒なので、クーロン定数は k のままにしておきます。

1. クーロンの法則そのまままです。

（１）QA～QB間に働く力：方向は直線 AB 上の斥力（Bから、Aと反対側を向く）
　　Fab = kQa*Qb/r^2 = k*3.0*10^(-6) *6.0*10^(-6)/(0.3)^2 = k*2.00*10^(-10)

（２）QB～QC間に働く力：方向は直線 BC 上の引力（Bから、Cの方向を向く）
　　Fbc = kQa*Qb/r^2 = k*6.0*10^(-6) *5.0*10^(-6)/(0.3)^2 ≒ k*3.33*10^(-10)

（３）電荷QBに働く電気力の合力
　　上記（１）（２）をベクトル合成したもの。（矢印はベクトルを表わします）
　　　→Fb = →Fab + →Fbc
　　詳しくは図を参照ください。（合力の大きさ、角度ともきれいな数値にはならないようですね）

2. 電場 →E とは「そこに q の電荷を置いたときに、→F = q(→E) の力が働く」ベクトル場です。
　Aに置いた電荷が作る電場を →Ea、Bに置いた電荷が作る電場を →Eb、Cに置いた電荷が作る電場を →Ec とすると、各々下図のような方向を向くことは分かりますね？

　たとえば、Aに置いた電荷が作る電場 →Ea は、そこに電荷 Q を置けば電荷 Q に働く力は
　　　|→Fda| = k*q*Q/a^2
です。
　一方、電場 →Ea が電荷 Q に与える力は
　　　→Fda = (→Ea)Q　　　　(A)
ですから、点Dでの電場 →Ea は、
　　　大きさ：k*q/a^2
　　　方向：直線AD上の外向き （正電荷を置いたときに力の働く方向）
であることが分かります。つまり
　　　→Ea = (→Fda)/Q
が「電場」の定義です。電荷 Q の大きさや正負によって力の大きさと向き →Fda が変わるだけなので、それを Q で割っているため、どんな電荷を置こうが、電荷を置かなくとも、そこに存在する方向と大きさの定まった「場」であることが分かります。そのように、そこに置く電荷を具体的に仮定しなくとも、そこに「場」が存在するものとしたのが「電場」の考え方です。
　　　
（a）D点の電場は、これらをベクトル合成した
　　　→Ed = →Ea + →Eb + →Ec
です。

　下図のように θ を定めれば、各ベクトル (|→E|, θ) は
　　　 →Ea = ( kq/a^2, 0 )
　　　 →Eb = ( k(2q)/[(√2)a]^2, 225° ) = ( kq/a^2, 225° )
　　　 →Ec = ( kq/a^2, 90° )

　これをベクトル合成した →Ed は、図から
　　　→Ed = ( (√2 - 1)kq/a^2, 45° )　　　　　(B)
となりますので、「電場の大きさ」は
　　　|→Ed| = (√2 - 1)kq/a^2
です。

（b）すでに上に示したように、(A)式の考え方を使えば
　　　→Fd = (→Ed)Q
ですから、上の(a)の ( 大きさ、方向）の書き方をすれば
　　　→Fd = ( (√2 - 1)kqQ/a^2, 45° )　　　　　(C)
ということです。

(c) 「電位」は、定義として「無限遠をゼロとして、電荷Qを無限遠からクーロン力に逆らって点Dまで移動したときの仕事が Q*Φ (J) のとき、点Dの電位を Φ (V) とする」ということです。つまり、無限遠を「ゼロ」としたときの、無限遠との「電位差」です。（基準点との電位差を「電圧」とも呼びますので、無限遠方を基準にした「電圧」ということです））

　D点の電位は、Aに置いた電荷が作る電位、Bに置いた電荷が作る電位、Cに置いた電荷が作る電位をそれぞれ求めて、その合成で求めます。（合成すればよいことの説明は、教科書に載っていると思います）
　Aに置いた電荷 q が作る電位は、距離 r での電荷Qとのクーロン力
　　　Fad = kqQ/r^2
と逆向きの力( -Fad )で微小距離 dr を移動する仕事を、r：∞→a で積分すればよく、無限遠から点Aまで移動してくる仕事は
　　　Wad = ∫[∞→a]( -Fad )dr
　　　　　 = -∫[∞→a]( kqQ/r^2 )dr
　　　　　 = -kqQ[ -1/r ][∞→a]
　　　　　 = kqQ/a
となります。仕事と電位との関係 Wad = Q*Φad より、電位は
　　　Φad = kq/a
となります。

同様に、Bに置いた電荷が作る電位、Cに置いた電荷が作る電位は
　　　Φcd = kq/a
　　　Φbd = -k(2q)/[(√2)a] = -√2kq/a

　従って D点の電位は、
　　　Φd = Φad + Φcd + Φbd = (2 - √2)kq/a

あまり調べずに書いているので、勘違い、計算間違いの部分があるかもしれません。
ご自分でも確認しながらトレースしてみてください。

図を書いてみる、大まかなイメージを作る、ということが大切かと思います。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2016/07/28 21:06

解き方は「クーロンの法則」と、電荷量と力の関係から定義される電場そのものです。

電位は、電荷をそこに移動するのに要する仕事から定義される静電ポテンシャルです。

いずれも、解き方というよりも「定義」どおりにやってみるとどうなりますか、という話です。「定義」を理解することで解けるはずです。