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¿Densidad de partículas repulsivas en un disco?

NB: ¡el círculo exterior (donde está la partícula o el agua) es fijo!

Es un problema teórico 2D (sólo para entender algo en particular). Aquí, no hay gravedad ni temperatura. Pongo en un disco un montón de cargas repulsivas desde el centro. Las partículas tienen la misma carga +1. Bien, si pongo 40 partículas en el mismo tiempo, todas irán al círculo exterior. Pero, si añado después otras 2 partículas ¿por qué van a ir al círculo exterior? Puedo repetir esto una y otra vez y añadir un montón de partículas que nunca van al círculo exterior. Así que mis preguntas son:

1) Si me equivoco, ¿puede explicar cómo las nuevas 2 partículas (por ejemplo, pero puede ser una partícula) irán al círculo exterior (es posible imaginar un círculo grande).

2) Si me equivoco en (1), y si las partículas tienen un radio (no una partícula puntual) no es posible poner una partícula infinita en el círculo exterior, por lo que las nuevas partículas tienen que tomar otra capa, ¿no?

Así que si añado y agrego partículas (con radio no 0) toda la esfera puede estar completamente al 70 % por ejemplo. Y mi última pregunta es:

3) ¿Cómo es la densidad? Para mí, la densidad (número de partículas para un volumen) aumenta con el radio, pero no estoy seguro.

Tal vez este problema ya está estudiado y agradecería alguna información sobre si lo ha hecho.

Editar para la primera respuesta:

4/ Gracias por los enlaces :) Para responder a su primer párrafo (no estoy seguro de entender): Estoy de acuerdo en que todas las partículas en la circunferencia son libres de moverse, pero si añado otras 2 partículas, se repelen, hasta que cuando cada nueva partícula tiene la fuerza de otra nueva partícula (en una dirección) y la fuerza de todas las demás partículas (en la dirección contraria), para mí en un momento estas fuerzas son iguales (valor absoluto) y la nueva partícula deja de moverse en algún lugar del centro al círculo exterior. Es una evidencia si añado una nueva partícula en el centro, por qué se movería en el círculo exterior, todas las fuerzas en esta nueva partícula quieren dejarla en el centro.

5/ Si la densidad cambia con el radio, no es lineal. Ahora añado en el disco grande un objeto compuesto de 2 discos de vacío, por favor mira: Image . Los discos tienen el mismo radio pero no están en el mismo radio dentro del disco grande. Estos discos de vacío se fijan juntos, este objeto (2 discos de vacío) puede girar alrededor del centro del disco grande. Cada disco de vacío toma el lugar de las partículas. Esto cambia la fuerza en cada disco. Un disco tiene más fuerza que otro debido a la falta de partículas (no es la misma densidad). Por lo tanto, incluso este cambio de la densidad global en todas partes (no dibujé todas las fuerzas), para mí esto da un par en el objeto. Seguramente, no es posible, pero me gustaría entender cómo las partículas para tener un par en 0? Tal vez usted tiene otro enlace para ayudarme?

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Con la gravedad es más fácil de estudiar, 2 objetos de vacío o uno solo:

dcc

Es una evidencia que la fuerza para la esfera de gas es sólo radial (Arquímedes) porque todo es simétrico. Así que incluso la esfera de gas se une a la esfera de agua esto no cambia el par. La esfera de agua tiene menos fuerza debido a la falta de materia de la esfera de gas. La presión alrededor de la esfera de agua cambia debido a la falta de materia de la esfera de gas pero la densidad cambia con el radio y cambia debido a la presencia de la esfera de gas. La densidad no es lineal y la ley de atracción no es lineal $k/d^2$ también, ¿cómo la fuerza de atracción y la fuerza de presión pueden ser la misma?

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o:

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más fácil de calcular:

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la función coseno es no lineal y se utiliza más en el cálculo de una fuerza que de otra, esto no puede ser compensado por la ley en $k/d^2$ . ¿Y la asimetría del círculo?


Así es más fácil entender que hay un problema de par. La densidad no es la misma en todas partes, mayor con un radio pequeño. Y la posición en el círculo de esferas de gas no dan la misma altura de agua por encima de ellos.

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Más fácil, con paredes como parte del círculo. No puede dar un gran par en la parte superior incluso hay una diferencia de presión. Por el contrario, los otros dan un par de torsión.

e7

1voto

Joe Liversedge Puntos 2134

Interesante pregunta, +1.

No me queda claro por qué crees que (1) se puede conseguir un equilibrio inicial con todas las cargas en la circunferencia, o (2) que una vez depositadas algunas cargas en la circunferencia, habrá un equilibrio estable cuando se depositen más cargas en el interior. Hay que tener en cuenta que las de la circunferencia siguen siendo móviles.

Quizá le interese esto: Densidad de carga de una aguja conductora. David J. Griffiths y Ye Li. Am. J. Phys. 64 no. 6 (1996), p. 706, http://www.colorado.edu/physics/phys3320/phys3320_sp12/AJPPapers/AJP_E&MPapers_030612/Griffiths_ConductingNeedle.pdf

Como en el artículo de Griffiths, su disco debe tener alguna forma física que se modele como un límite de alguna forma tridimensional. Si lo modelamos como un elipsoide que se hace cada vez más plano, podemos utilizar el resultado de Lord Kelvin, que demostró que la densidad de carga en un elipsoide conductor es proporcional a la distancia del centro al plano tangente. En su límite, la densidad de carga desaparece excepto en el borde. Sin embargo, Griffiths señala que (1) el resultado puede ser diferente dependiendo del modelo del que se tome el límite, y (2) los resultados para números finitos de cargas pueden no ser los mismos que los resultados para una distribución continua.

Véase también:

https://math.stackexchange.com/questions/112662/gaussian-curvature-of-an-ellipsoid-proportional-to-fourth-power-of-the-distance

I W McAllister 1990 J. Phys. D: Appl. Phys. 23 359 doi:10.1088/0022-3727/23/3/016 (demuestra que la densidad de carga está relacionada con la curvatura gaussiana para 11 superficies especiales)

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