Проводник с током в магнитном поле (окончание)

Металлический стержень на проводящих направляющих

2. На горизонтальных металлических рельсах, находящихся в вертикальном однородном магнитом поле, лежит металлический стержень прямоугольного сечения (рис. 4.2). Расстояние между рельсами равно l, масса стержня m, сила тока в стержне равна l. Когда модуль магнитной индукции равен В₀, стержень движется с ускорением, равным по модулю а, причём его скорость увеличивается.

Рис. 4.2

а) В какую сторону движется стержень?

б) Чему равен коэффициент трения между стержнем и рельсами?

Подсказка. Воспользуйтесь выражением для силы Ампера и вторым законом Ньютона.

в) При каких значениях модуля магнитной индукции стержень не сдвинулся бы с места, если бы в начальный момент он покоился?

Подсказка. Стержень сдвинется с места, когда сила Ампера превысит максимальную силу трения покоя.

3. Металлические рельсы лежат на наклонной плоскости в вертикальном однородном магнитном поле (рис. 4.3). На рельсах находится горизонтальный металлический стержень прямоугольного сечения. Угол наклона плоскости α, расстояние между рельсами l, коэффициент трения между стержнем и рельсами μ, модуль магнитной индукции В. Когда по стержню течёт ток, он движется с постоянной скоростью по рельсам вверх.

Рис. 4.3

а) Как направлен ток в стержне?

б) Объясните, почему в проекциях ось х, направленную вдоль наклонной плоскости вверх, и ось у, направленную перпендикулярно наклонной плоскости вверх, справедливы следующие уравнения (N — модуль силы нормальной реакции):

Ох: ВIl cos α - mg sin α - μN = 0,
Оу: N - mg cos α - ВIl sin α = 0.

в) При каких значениях силы тока стержень начал бы двигаться вверх по наклонной плоскости, если бы в начальный момент он покоился?

Подсказка. Воспользуйтесь тем, что максимально возможное значение силы трения покоя равно μN.

г) Как направлен ток в стержне, если он движется с постоянной скоростью по рельсам вниз, причём tgα < μ?

Подсказка. Докажите, что в таком случае сила Ампера должна быть направлена на рисунке 4.3 влево.

д) Чему равна при этом сила тока?

4. Гибкий свободно свисающий провод расположен вблизи закреплённого полосового магнита (рис. 4.4). В проводе включают ток в указанном на рисунке направлении.

Рис. 4.4

а) Перенесите рисунок в тетрадь и изобразите линии магнитной индукции поля полосового магнита.

б) Найдите направления сил Ампера, действующих на небольшие участки провода вблизи точек А и С.

Подсказка. Воспользуйтесь правилом левой руки.

в) Изобразите, какую форму примет провод под действием сил Ампера, приложенных к различным его участкам.

г) Будет ли провод после изменения своей формы притягиваться к магниту или будет отталкиваться от него?

<<< К началу