चित्र में $O$ बिंदु पर रखी गई एक छोटी चुंबकीय सुई $P$ दिखाई गई है। तीर इसके चुंबकीय आघूर्ण की दिशा दर्शाता है। अन्य तीर, दूसरी समरूप चुंबकीय सुई $Q$ की विभिन्न स्थितियों (एवं चुंबकीय आघूर्ण के दिकविन्यासों ) को प्रदर्शित करते हैं।

$(a)$ किस विन्यास में यह निकाय संतुलन में नहीं होगा?

$(b)$ किस विन्यास में निकाय $(i)$ स्थायी $(ii)$ अस्थायी संतुलन में होंगे?

$(c)$ दिखाए गए सभी विन्यासों में किसमें न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा है?

Potential energy of the configuration arises due to the potential energy of one dipole (say, $Q$ ) in the magnetic field due to other (P). Use the result that the field due to $P$ is given by the expression

$B _{ p }=-\frac{\mu_{0}}{4 \pi} \frac{ m _{ P }}{r^{3}}$

(on the normal bisector)

$B _{ p }=\frac{\mu_{0} 2}{4 \pi} \frac{ m _{ p }}{r^{3}}$ (on the axis)

where $m _{ p }$ is the magnetic moment of the dipole $P$. Equilibrium is stable when $m _{ 9 }$ is parallel to $B _{ p },$ and unstable when it is anti-parallel to $B _{ p }$ For instance for the configuration $Q _{3}$ for which $Q$ is along the perpendicular bisector of the dipole $P$, the magnetic moment of $Q$ is parallel to the magnetic field at the position $3 .$ Hence $Q _{3}$ is stable. Thus,

$(a)$ $PQ _{1}$ and $PQ _{2}$

$(b)$ (i) $PQ _{3}, PQ _{6}$ (stable); (ii) $PQ _{5}, PQ _{4}$ (unstable)

$(c)$ $PQ _{6}$