図のように,支点Pからつり下げた長さ 1の十分に軽い糸の先に質量m
1]
で電荷q(>0) を帯びた小球をつけ, 上から見て反時計回りの等速円運
動を水平面内で行わせる。小球の円運動の中心を0とする。糸と鉛直方向の
なす角を0(0°<0<90°), 重力加速度の大きさをgとして, 以下の問いに答
えよ。
問1 小球には糸の張力と重力がはたらく。その合力の大きさと向きを答え
よ。
問2 小球の円運動の角速度を求めよ。
0=60° のときの糸の張力を求めよ。また,そのときの小球の力学的
エネルギーは,小球が @=0° で静止している状態からどれだけ大きいか。
問4 この小球の円運動は円電流とみなせる。糸と鉛直方向のなす角が0の
とき,円運動の角速度を心として, その電流の大きさと電流が点0に作る
磁場(磁界)の強さを求めよ。電流の大きさは1周期にわたる時間平均とする。
問5-次に,同じ糸と小球を用いて, 下から鉛直上方へ(点OからPの向き)の一様な磁束密度Bの中で小球
に同様の運動をさせると, 糸と鉛直方向のなす角は 0' (0°<8'<90°), 角速度は w' であった。小球は上か
ら見て反時計回りの等速円運動を水平面内で行っている。このときの磁束密度Bを求めよ。
問3
