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「力」の定義
「力」とは何だろう？「力」は物体を変形させたり、物体の運動のようすを変える。具体的には、物体に「加速度」を与えるはたらき、これが「力」の定義である。運動方程式では次のように表す。ただし、F は力、ｍは質量、a を加速度とする。
長さ l、間隔 d の2枚の偏光板に V の電圧がかかっている。この電界中に偏光板に平行に vo の速さで電荷 q，質量ｍの電子 e が飛び込んだ。この電子が偏光板を通るまでに何[ｍ]曲げられるか。
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「力」の定義
「力」とは何だろう？「力」は物体を変形させたり、物体の運動のようすを変える。具体的には、物体に「加速度」を与えるはたらき、これが「力」の定義である。運動方程式では次のように表す。ただし、F は力、ｍは質量、a を加速度とする。
F ＝ ｍ a
これまでさまざまな「力」について学んできたが、磁場による力 F は磁荷 qm、磁場を H とすると次のように表せた。
F ＝ qm H
電界中にはたらく力
では、電界中にはたらく「力」は、どう表したらよいのだろうか？電場による力 F は電荷 q、電場を E とすると次のように表せる。
F ＝ q E
E は電圧ではなくて、電場なので注意が必要だ。電場 E は次のように表す。
E ＝ V／d
V はある場所での電位差、d は距離である。次の問を考えてみよう。
問．電界中を運動する電子にはたらく力
長さ l、間隔 d の2枚の偏光板に V の電圧がかかっている。この電界中に偏光板に平行に vo の速さで電荷 q，質量ｍの電子 e が飛び込んだ。この電子が偏光板を通るまでに何[ｍ]曲げられるか。
偏光板の電場の強さ E は、
E ＝ V／d
この時、電子 e にはたらく力 F は
F ＝ q V／d
また、このときの電子eにはたらく力Fは加速度をaとすると運動方程式より
F ＝ ｍ a であるから a ＝ q V／d ｍ ・・・(1)
また電子は偏光板を抜け出るのにかかる時間は、
t ＝ l／vo ・・・(2)
また、等加速度直線運動のとき移動距離 x は、
x ＝ 1／2 a t2 であるから、これに(1)(2)を代入して
x ＝ 1／2 (q V／d ｍ) × (l／vo)2 ＝ q V l2／2 d ｍ vo2
したがって電子の曲げられる距離は q V l2／2 d ｍ vo2 [ｍ] である。
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