Проводник с током в магнитном поле

Эту ситуацию мы уже начали рассматривать в § 2. Продолжим рассмотрение на более сложных примерах, которые помогут вам вспомнить законы механики.

Металлический стержень, подвешенный на проводах

1. Металлический стержень длиной l и массой m подвешен на двух проводящих нитях длиной L каждая (рис. 4.1). Система находится в однородном магнитном поле. Вектор магнитной индукции направлен вертикально вниз, модуль магнитной индукции равен В. После того как по стержню пропустили кратковременный ток, он совершил полный оборот по окружности. Сопротивлением воздуха, а также углом отклонения нитей от вертикали за время протекания тока можно пренебречь.

Рис. 4.1

а) Обозначим q заряд, который прошёл по стержню за время протекания тока. Чему равен импульс силы Ампера, действовавшей на стержень?

Подсказка. Импульс силы равен FΔt, где F — модуль силы, Δt — время действия силы. Воспользуйтесь соотношением между зарядом, силой тока и временем протекания тока.

б) Какова скорость стержня сразу после выключения тока?

Подсказка. Воспользуйтесь тем, что изменение импульса тела равно импульсу действовавшей на тело силы.

в) При какой минимальной скорости стержня в верхней точке окружности он сможет сделать полный оборот?

Подсказка. При минимально возможной скорости натяжение нитей обращается в верхней точке окружности в нуль. При этом центростремительное ускорение стержню сообщает только сила тяжести.

г) При какой минимальной скорости стержня в нижней точке окружности он сможет сделать полный оборот?

Подсказка. Воспользуйтесь законом сохранения энергии, согласно которому сумма кинетической и потенциальной энергий стержня в верхней и нижней точках окружности одинакова.

д) Какой минимальный заряд должен пройти по стержню, чтобы он совершил полный оборот по окружности?

е) Чему равен этот минимальный заряд, если m = 20 г, L = 60 см, В = 0,1 Тл, l = 15 см?

Окончание >>>