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Force exercée par une charge q

Posté par
kamikaz
05-11-21 à 14:40

Bonsoir,

Un anneau fin de centre O et de rayon R porte la charge Q régulièrement répartie sur sa circonférence. Une charge q est mobile sur un axe horizontale Ox perpendiculaire en O au plan de l'anneau. Calculer en fonction de x la force qui s'exerce sur la
charge mobile q.

Je ne vois pas comment faire

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 05-11-21 à 14:49

Bonjour
Il faut commencer par déterminer l'expression du vecteur champ créé par l'anneau chargé en tout point de l'axe (Ox). Commencer par raisonner sur les symétries pour obtenir la direction du vecteur champ puis appliquer la loi de Coulomb.

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 06-11-21 à 11:01

Citation :
Il faut commencer par déterminer l'expression du vecteur champ créé par l'anneau chargé en tout point de l'axe (Ox).


Ok \vec{E}= \dfrac{q}{4\pi \epsilon_0 r²}\vec{u} avec \vec{u}= \dfrac{\vec{r}}{r} et r = OM

Comment raisonner par symétrie dans cet exo ?

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 06-11-21 à 14:09

Tu te contentes de fournir l'expression du vecteur champ créé par une charge ponctuelle q. Il s'agit ici de déterminer le vecteur champ \vec E créé par l'anneau chargé en un point M quelconque de l'axe (Ox). Ensuite, tu pourras considérer que la force exercée par l'anneau chargé sur la charge ponctuelle situé en M est :

\vec F=q\cdot\vec E

Avant tout calcul, il faut faire l'inventaire des éventuels plans de symétyrie ou d'antisymétrie de la source du champ contenant le point M. Cela doit être dans ton cours. Sinon : tu trouveras cela aux paragraphes I et II du document ci-dessous :

PS : la partie VII du document, inutile ici, pourra t'être utile si tu dois appliquer le théorème de Gauss...

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 06-11-21 à 18:57

Inventaire des éventuels plans de symétrie ou d'antisymétrie :

*On a un plan de symétrie si les densités de charge des deux points P et P' du plan (\pi) de l'anneau sont positifs.

Force exercée par une charge q

Alors \vec{E}= \dfrac{q}{2\pi \epsilon_0 R²} \vec{u} avec \vec{u} = \dfrac{\vec{R}}{R} ( R étant le rayon de l'anneau).

* On a un plan d'antisymétrie si les densités de charge des deux points P et P' du plan (\pi) de l'anneau ne sont pas tous les deux positifs c'est à dire l'une positive et l'autre négative.

Force exercée par une charge q

Alors \vec{E}= \dfrac{q}{4\pi \epsilon_0 R²} \vec{u} avec \vec{u} = \dfrac{\vec{R}}{R} ( R étant le rayon de l'anneau).

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 06-11-21 à 21:37

La source du champ est ici une distribution lineique de charge en forme d'anneau. Que vient faire ici une formule correspondant au vecteur champ électrique créé par une charge ponctuelle  ?

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 06-11-21 à 22:03

Ah oui donc  \vec{E}= \dfrac{\lambda l}{2\pi \epsilon_0 R²} \vec{u} avec \vec{u} = \dfrac{\vec{R}}{R} ( R étant le rayon de l'anneau) et l=x

Et \vec{E}= \dfrac{\lambda l}{4\pi \epsilon_0 R²} \vec{u}  ( R étant le rayon de l'anneau) et l=x

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 06-11-21 à 22:52

D'où vient cette formule, qui de plus est fausse ?
De toutes les façons, j'imagine que tu dois fournir une démonstration. Reprends mon message du  05-11-21 à 14:49.

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 10:35

Inventaire des éventuels plans de symétrie ou d'antisymétrie :

*On a un plan de symétrie si les densités de charge des deux points P et P' du plan (\pi) de l'anneau sont positifs.

Force exercée par une charge q

Alors \vec{E} est horizontal et perpendiculaire au plan de l'anneau.

* On a un plan d'antisymétrie si les densités de charge des deux points P et P' du plan (\pi) de l'anneau ne sont pas tous les deux positifs c'est à dire l'une positive et l'autre négative.

Force exercée par une charge q

Alors \vec{E} est vertical et parallèle au plan de l'anneau.

Comment trouver ces expressions ?

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 11:22

Le raisonnement est plutôt bien détaillé ici :

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 17:05

OK mais est ce que je dois remplacer la charge q par la densité linéique ?

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 17:58

Il s'agit d'étudier le vecteur champ créé par la charge Q répartie sur le cerceau. La densité linéique de charge du cerceau est donc :

\lambda=\dfrac{Q}{2\pi R}
Je me répète :
Il s'agit ici de déterminer le vecteur champ \vec E créé par l'anneau chargé en un point M quelconque de l'axe (Ox). Ensuite, tu pourras considérer que la force exercée par l'anneau portant la charge Q sur la charge ponctuelle q située  en M est :

\vec F=q\cdot\vec E

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 18:01

J'ai oublié d'activer les balises "tes" pour la dernière formule...

Il s'agit d'étudier le vecteur champ créé par la charge Q répartie sur le cerceau. La densité linéique de charge du cerceau est donc :

\lambda=\dfrac{Q}{2\pi R}
Je me répète :
Il s'agit ici de déterminer le vecteur champ \vec E créé par l'anneau chargé en un point M quelconque de l'axe (Ox). Ensuite, tu pourras considérer que la force exercée par l'anneau portant la charge Q sur la charge ponctuelle q située  en M est :

\vec F=q\cdot\vec E

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 18:13

Ok, donc Q=2\pi R \lambda

En effet ; \lambda = \dfrac{d Q}{dl} ; ici l = 2\pi R car la charge Q parcourt l'anneau de surface 2\piR

E_x = \dfrac{x \lambda R}{2\pi \epsilon _0 (R² +x²)^{3/2}}

Posté par
vanoise
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 18:25

L'énoncé définit la variable Q mais pas la variable . On peut utiliser dans les calculs intermédiaires mais le résultat final doit faire intervenir Q et non .

Posté par
kamikaz
re : Force exercée par une charge q 07-11-21 à 18:45

D'accord ;

merci beaucoup



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