Цилиндр с винтовым надрезом фольги
4/10Боковую поверхность диэлектрического цилиндра покрыли металлической фольгой. Если цилиндр включить в электрическую цепь (левый рисунок), его сопротивление будет равно \(R = 10\) Ом. Затем на поверхности цилиндры делают надрез в форме винтовой линии, огибающей цилиндр ровно \(N = 5\) раз (правый рисунок). Найти новое сопротивление цилиндра. В цепь цилиндр включен между своими основаниями, сопротивление которых мало. Длина цилиндра — \(L = 20\) см, радиус основания — \(r = 3\) см.

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(R_1 = \left(\dfrac{2\pi rN}{L}\right)^2R = 222\) Ом.
РешениеПусть радиус цилиндра \(r\), длина \(L\). Если разрезать фольгу по образующей цилиндра и развернуть, то полученный прямоугольник из фольги с основаниями \(2\pi r\) и высотой \(L\), оказывается включенным в цепь между основаниями. Поэтому, если сопротивление единицы длины поперечного сечения фольги \(\sigma\), то сопротивление цилиндра в первом случае равно \[R = \dfrac{\sigma L}{2\pi r}.\] Если разрезать фольгу по винтовой линии и развернуть (второй случай), то она будет представлять собой параллелограмм со сторонами \(2\pi r\) и \(2\pi rN\). Чтобы найти сопротивление такого параллелограмма, включенного между своими основаниями, заметим, что его можно считать состоящим из параллельно соединенных проводников длиной \(2\pi rN\) каждый с суммарной шириной, равной высоте параллелограмма — \(L/N\). Поэтому новое сопротивление фольги есть \[R_1 = \dfrac{\sigma\,2\pi rN}{(L/N)} = \left(\dfrac{2\pi rN}{L}\right)^2R = 222\text{ Ом}.\]
Похожие задачи
- Мостовая схема МОШ 1990/91, 8 кл.
- Провод с большим сечением (B1) ЕГЭ 2008, 11 кл.
- Электрическая цепь с реостатом (C1) ЕГЭ 2009, 11 кл.
- Показания вольтметра в схеме с реостатом (C1) ЕГЭ 2013, 11 кл.
- Амперметр и ключ в цепи из трёх резисторов Курчатов 2013/14, 10 кл.
- Цепь из четырёх резисторов Курчатов 2013/14, 9 кл.