Задачи › Вычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочки

Цилиндр с винтовым надрезом фольги

  1. Цилиндр с винтовым надрезом фольги

    ИОШ 2016/17, 9-10 кл.
    4/10

    Боковую 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.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(R_1 = \left(\dfrac{2\pi rN}{L}\right)^2R = 222\) Ом.

    Решение

    Пусть 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 \[R_1 = \dfrac{\sigma\,2\pi rN}{(L/N)} = \left(\dfrac{2\pi rN}{L}\right)^2R = 222\text{ Ом}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи