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非保存力の経路による仕事の計算

大学の物理の授業で下記の問題を出題されました。 平面内で運動する質点に働く力fの直角座標成分がfx=axy fy=by^2 (a,bは定数)と書けたとする。x軸上の点A(r,0)からy軸上の点C(0,r) まで、半径rの円周に沿って動く場合と、弦ACに沿って動く場合のf のする仕事を求めよ。 弦の方は求めれたのですが、円周のほうがわかりませんでした。 答えは円周経路がW=∫(fxdx+fydx)={(b-a)r^3}/3となるらいしいのですがなぜこうなるかもわかりません。 どなたか解説していただけないでしょうか。よろしくおねがいします

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  • yokkun831
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回答No.1

W = ∫f~・dr~ = ∫(fxdx + fydy) ですね。( ~ はベクトル) 円周にそう経路積分ですから、 x = r cosθ, y = r sinθ dx = -r sinθdθ, dy = r cosθdθ とおきます。 W = ∫{ a r cosθ r sinθ (-r sinθ) + b(r sinθ)^2 (r cosθ) }dθ  = (b-a)r^3∫sin^2θcosθdθ  = (b-a)r^3∫sin^2θ(sinθ)'dθ  = (b-a)r^3[1/3・sin^3θ](0~π/2)  = (b-a)r^3/3 となります。なお、積分範囲は(0~π/2)です。

noko09
質問者

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ご回答ありがとうございました!参考にさせていただきました。

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