軌道

中心に電荷$Q$が固定されていて、そこに質量$m$で電荷$q$を持つ質点が入射してくる場合を考える。この場合:

$$ V(r) = \frac{qQ}{4 \pi \epsilon_0} \frac{1}{r} \tag{1} $$

とする必要がある。

軌道を求めるには‣ (引力の場合)と同じ導出を考えれば良い。‣の場合は

$$ V(r) = -\frac{k}{r} \tag{3} $$

で考えていた。これを式(1)と見比べると、以下の対応:

$$ k = -\frac{qQ}{4 \pi \epsilon_0} $$

AP: もしやこの定義を逆符号にした方が良いのか!?そうするとlとkの関係は引力の時と共通になる。

もし$q, Q$が逆符号なら、引力となり、$k > 0$となり、‣ の議論がそのまま使える。

以降では$q$と$Q$が同符号の場合を考える。この場合、斥力となる。また

$$ ⁍ $$

となる。

‣ でしたのと同じように$e, l$という記号を導入する:

$$ e := \sqrt{1 + \frac{2EL^2}{mk^2}} \tag{6} $$

$$ l := -\frac{L^2}{mk} \tag{7} $$

ここで、$l$の定義は‣ とは逆符号にしていることに注意。これは、こうしておかないと今回$l$がプラスにならないため。

これらを使って軌道の方程式は:

$$ r = \frac{-l}{1 + e \cos(\theta + C)} $$