Stromverteilung eines rotierenden Kegels

Wenn ich einen Hohlkegel (Oberfläche ohne Bodenabdeckung) wie im Bild habe. Der Kegel hat eine Oberflächenladungsdichte σ . Es dreht sich mit einer Winkelgeschwindigkeit um die Symmetrieachse ω . Ich möchte die Stromverteilung auf der Oberfläche des Kegels finden.

Kegel

Was ich mit der Verteilung des Stroms meine, ist Folgendes. Ich kann den Strom schreiben als:

(1) ICH = D Q D T = D Q D l D l D T
$

Das ist in anderen Situationen nützlich, z. B. wenn ich einen Draht mit linearer Ladungsdichte habe λ Kabel

Ich kann die Gleichung (1) verwenden, um den Strom zu finden, wenn es eine Stromdichte gibt λ . Wie ich schreiben kann Q = λ l , D Q D l = λ Und ICH = D Q D T = λ v .

Dasselbe gilt für ein aufgeladenes Blatt mit Breite B mit Stromdichte σ . Wie ich schreiben kann Q = σ A = σ B l , D Q D l = σ B Und ICH = D Q D T = σ B v .

Blatt

Aber mit einem Kegel, was kann ich mit dem Kegel machen. ich kann schreiben Q = σ A = σ 2 π R 2 l . Aber wie die Länge S N eines kreisförmigen Drahtes der Strom variiert von 0 bis 2 π R .Anders als vorher, dass die Breite konstant war. Was kann ich machen ?

Mein Versuch die Länge variiert S = 2 π R C H A N G e , Jetzt Q = σ S 2 l . D Q D l = σ 1 2 l Und ICH = D Q D T = σ v 2 l .

Es ist klar, dass v = w R da es sich um eine Kreisbewegung handelt.

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Antworten (1)

Öffnen Sie den Kegel nicht. Stellen Sie sich das in der Profilansicht vor: Sie haben ein gleichschenkliges Dreieck. Bewegen Sie sich nun entlang der Achse des Kegels, sagen wir eine Strecke X und nimm ein Element D X . Etwa so:

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Dieses kleine Element ähnelt dem von Ihnen beschriebenen Rechteck. Mit Länge als 2 π R ( X ) und Breite D X . Sie kennen auch die Geschwindigkeit, mit der sich die Ladung bewegt:

v = ω R ( X )

R ( X ) ist der Radius an diesem Punkt und Omega die Winkelgeschwindigkeit.

So wäre der Strom

ICH = σ ω R ( X ) D X

für dieses Rechteck.

R ( X ) kann durch Dreiecksähnlichkeit gefunden werden:

R ( X ) = R / H X
Wo R ist der Basisradius und H die Höhe des Kegels

Der Strom variiert also mit der Position auf dem Kegel und um den Gesamtstrom zu finden, integrieren Sie ab X = 0 Zu X = H .