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図 2-3 (a) のように, 前間と同じ平行板コンデンサーの極板P を自然長 ばね定数の絶縁体の軽い
ばねに接続し ばねの他端を壁に固定した. また, 極板 P2 を壁から距離 l+dの位置に固定した (極板の厚さ
は無視できる)、 極板 P1 P2 には, それぞれ電荷 +Q (Q > 0), -Qが蓄えられている。 また, 壁とばねの静
電誘導による電荷は無視できるものとする。 質量mの極板P は極板P と平行な位置関係を保って左右にな
めらかに動くことができるものとする。
極板P1 に力を加えて壁から距離の位置に保持した。 極板P1 と極板 P2の間の電場の大きさをE。 とする.
図2-3 (b) のように極板P」を壁から距離(+ェの位置にゆっくりと移動した。 極板 P, にばねからはたら
く力と極板間の静電気力がつりあうときの位置を Q, Fo, k, m, co のうち必要な記号を用いて表せ、ただ
し, 0<x<d とする.
ⅣV 次に, P1 を図2-3(a) の位置に戻し、 図2-4 (a)のようにスイッチと電圧Vo(> 0)の直流電源に接続し
た。その後、スイッチを閉じ, 極板 P, に力を加えて図2-4(b) のように壁から距離+æの位置にゆっくり
と移動した(ただし<z<dとする)。その後,極板 P, を移動するために加えていた力をなくした。導線が
-Kx Pl
+ Q
0000000000
d
(a)
10000000
極板P が及ぼす力は考えない
(1) 極板 P1 が壁から距離1+の位置にあるときに極板P, にはたらく力F (x) を Vo, S, d, z, k, m, Eo
のうち必要な記号を用いて表せ。 ただし, 極板 P1 から P2 に向かう向きを正とする.
(2) 極板 P1 にはたらくばねからの力と極板間の静電気力がつりあう位置が存在するためには, Vo はある上
限値Vm より小さくなければならない。このVm を S, d, k, m, so のうち必要な記号を用いて表せ.
(3) Vo Vmの場合に存在するつりあいの安定性について説明せよ。 ただし, 「a <æ <bの範囲に存在す
るつりあいは安定(または不安定)」 という形式で,存在するすべてのつりあいについて言及せよ.
Foyd
FEQ
P₁
P2
+Q
0000000000
HI
l+x
(b)
・
114471
9
図2-3
P₁ P₂
0000000000
V₁
(a)
図2-4
l+x
d-x
GV
(b)
萬
Fol
F:EG
