「クーロン力の足し合わせ」をシミュレーションで理解しよう！[物理入門]

2021-10-24　 静電気・電場

前回の記事で、電荷とクーロン力について解説しました。今回は複数の電荷がある場合を、ベクトルを用いて解説していきます！

クーロン力のおさらい

最初に前回記事のおさらいです。2つの電荷にかかるクーロン力は↓のように計算できます。

大事なポイントは「2つの電荷は近づくほど強くなる」「電荷の符号が同じか否かで方向が変わる」です。↓のように、電荷の符号のパターンでかかる力の方向が変わるんですね。

[電荷の符号が同じ場合(プラスとプラス,マイナスとマイナス)]

[電荷の符号が異なる場合(プラスとマイナス,マイナスとプラス)]

複数の電荷がある場合は、クーロン力の合力を計算すればよい！

今回、複数の電荷がある場合を考えます。このときも、考え方は同じです。基本は↑の式で2つの電荷にかかる力を計算するだけ。その後に、力の合成の減速に基づいて、ベクトル的に複数のクーロン力を足し合わせば良いだけです！

[力は↓のようにベクトル的に足し合わせできる]

複数の電荷が及ぼす力をシミュレーターで確認しよう！

電荷が3つあるとき、ある1つの電荷にどのように力がかかるかを観察してみましょう！この場合は力の方向が重要なので、2次元で表現します。

シミュレーターで実験して、どのような変化をするか確認してみましょう！

シミュレーター結果の要点

シミュレーター結果で分かる通り、複数の電荷がある場合も、クーロン力の足し合わせで計算可能です。↓のように電荷3が、電荷1と電荷2から及ぼされる力を計算し、その合力を計算すれば赤色矢印の力が働くことがわかります。

↓のように各クーロン力は前回記事で計算したように計算しています。なので、各クーロン力は2つの電荷を結んだ線上に力の向きがあることに注意して下さい。

　
次回は、このクーロン力の考え方を発展させて「電界・電場」という概念について考えていきます！
　

[関連記事] クーロン力・電場

1．電荷・クーロン力(静電気力)

2．クーロン力の足し合わせ(本記事)

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