Урок 272. Задачи на закон Ампера - 1

• Обсуждение задач на силу Ампера.  

• Задача Гольдфарба №23.9 о спирали Роже.  

• Описание автоколебательной системы.  

• Проблемы с ртутью из-за испарения и токсичности.  

• Замена ртути на фольгу для уменьшения токсичности.  

• Демонстрация работы системы с фольгой.  

• Использование соленой воды для уменьшения сопротивления.  

• Применение транзисторного усилителя для увеличения тока.  

• Наблюдение колебаний в соленой воде.  

• Замена жидкости на фольгу не приводит к колебаниям.  

• Объяснение проблемы с фольгой и смачиванием.  

• Описание работы силы Ампера на примере иглы и фольги.  

• Расчет работы силы Ампера для затухающих и незатухающих колебаний.  

• Описание задачи: проводник в магнитном поле.  

• Нахождение угла отклонения проволочек.  

• Применение правила левой руки для определения направления тока.  

• Изображение всех сил, действующих на проводник.  

• Условие равновесия проводника.  

• Проводник испытывает горизонтально направленную силу Ампера.  

• Сила Ампера и сила тяжести должны скомпенсировать силу натяжения нитей.  

• Равнодействующая сила направлена вдоль нитей, модуль равен силе натяжения.  

• Решение через треугольники и тригонометрические соотношения.  

• Сила Ампера равна произведению модуля вектора магнитной индукции, силы тока, длины проводника и синуса угла между направлением магнитного поля и тока.  

• Угол между магнитным полем и током равен 90 градусов, поэтому синус угла равен единице.  

• Подстановка значений в формулу дает ответ: угол альфа равен 45 градусам.  

• Проводник отклоняется на угол 45 градусов.  

• Задача решена.  

• Задача сложнее предыдущей.  

• Условия: горизонтальные рельсы на расстоянии 0.3 метра, стержень на рельсах, ток 50 ампер, коэффициент трения 0.2.  

• Индукция магнитного поля должна быть минимальной для начала движения стержня.  

• На стержень действуют силы: сила тяжести, сила трения, сила нормального давления и сила Ампера.  

• Сила Ампера направлена вправо и вверх, чтобы уменьшить силу трения.  

• Условия равновесия: мж + сила Ампера + н + ф трения = 0.  

• Сила трения максимальна перед началом движения.  

• Сила трения выражается через силу нормального давления и силу Ампера.  

• Подставляем выражения для силы трения и нормального давления в условия равновесия.  

• Находим силу Ампера через закон Ампера.  

• Модуль вектора магнитной индукции равен мж / (эль * (косинус альфа + мю синус альфа)).  

• Угол альфа подбирается так, чтобы сумма косинус альфа + мю синус альфа была максимальной.  

• Геометрический метод: построение отрезка, равного косинус альфа + мю синус альфа, и нахождение угла, при котором длина отрезка максимальна.  

• Угол альфа равен 45 градусам, что соответствует минимальному значению индукции магнитного поля.  

• Задача решена: индукция магнитного поля должна быть 45 градусов для начала движения стержня.  

• Рассматривается треугольник с гипотенузой, равной корню из единицы плюс м в квадрате.  

• Угол треугольника равен прямому углу, что упрощает расчеты.  

• Тангенс угла равен м, что позволяет найти максимальное значение выражения.  

• Ответ: минимальное значение б равно дроби мю в квадрате на мю и эль.  

• Вместо выражения берется единица плюс м в квадрате под корнем.  

• Пример: при м = 0.2, м в квадрате = 0.04, сумма = 1.04, корень = 1.2.  

• Если бы коэффициент трения был больше, эффект был бы более заметным.  

• При малом коэффициенте трения снижение значения б составляет всего 2%.  

• Перерыв для отдыха.