Распределение тока вращающегося конуса

Если у меня есть полый конус (поверхность без нижней крышки), как на картинке. Конус имеет поверхностную заряженную плотность о . Он вращается вокруг оси симметрии с угловой скоростью ю . Я хочу найти распределение тока по поверхности конуса.

Конус

Под распределением тока я подразумеваю следующее. Я могу написать ток как:

(1) я "=" д д д т "=" д д д л д л д т
$

Это полезно в других ситуациях, например, когда у меня есть провод с линейной плотностью заряда. λ Проволока

Я могу использовать уравнение (1) для нахождения тока, если плотность тока λ . Как я могу написать д "=" λ л , д д д л "=" λ и я "=" д д д т "=" λ в .

То же самое следует для заряженного листа, если ширина б с плотностью тока о . Как я могу написать д "=" о а "=" о б л , д д д л "=" о б и я "=" д д д т "=" о б в .

Лист

Но с конусом, что я могу сделать с конусом. я могу написать д "=" о а "=" о 2 π р 2 л . Но так как длина с н одного кругового провода ток изменяется от 0 до 2 π р .В отличие от того, что было раньше, ширина была постоянной. Что я могу сделать ?

Моя попытка длины, которая варьируется с "=" 2 π р с час а н г е , сейчас д "=" о с 2 л . д д д л "=" о 1 2 л и я "=" д д д т "=" о в 2 л .

Понятно, что в "=" ш р так как это круговое движение.

введите описание изображения здесь

Ответы (1)

Не открывайте конус. Подумайте об этом в виде профиля: у вас есть равнобедренный треугольник. Теперь двигайтесь по оси конуса, скажем, на расстояние Икс и взять элемент д Икс . Примерно так:

введите описание изображения здесь

Этот небольшой элемент похож на описанный вами прямоугольник. С длиной как 2 π р ( Икс ) и ширина д Икс . Вы также знаете скорость, с которой движется заряд:

в "=" ю р ( Икс )

р ( Икс ) — радиус в этой точке, а омега — угловая скорость.

Таким образом, ток будет

я "=" о ю р ( Икс ) д Икс

для этого прямоугольника.

р ( Икс ) можно найти по подобию треугольника:

р ( Икс ) "=" р / ЧАС Икс
где р радиус основания и ЧАС высота конуса

Таким образом, ток зависит от положения на конусе, и, чтобы найти общий ток, интегрируем из Икс "=" 0 к Икс "=" ЧАС .