Задачи › Вычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочки

Кольца Ауди

  1. Кольца Ауди

    ВсОШ 2016/17, 9 кл.
    6/10

    \(N\) одинаковых колец соединены так, что между всеми точками их пересечения обеспечен электрический контакт (места контактов отмечены жирными точками). Центры всех колец лежат на одной прямой (рис. 3). Какое сопротивление \(R_\text{Э}\) покажет омметр, подключённый к точкам \(A\) и \(B\) этой цепи, если при подключении к диаметрально противоположным точкам уединённого кольца он показывает сопротивление \(R_0\)? Считать \(N > 3\).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Схема симметрична относительно прямой \(AB\): токов поперёк неё нет, поэтому центральные узлы можно разъединить вдоль этой прямой. Сопротивление полукольца выражается через \(R_0\).

    Ответ

    \(R_\text{Э} = 2\,\dfrac{N+4}{9}\,R_0\).

    Решение

    Сопротивление кольца равно \(R = 4R_0\), сопротивления его трети и шестой части равны \(R/3\) и \(R/6\). В силу симметрии относительно оси \(AB\) токов между верхней и нижней половинами цепи нет, поэтому центральные узлы можно разъединить вдоль оси. Схема сводится к последовательно-параллельному набору участков с сопротивлениями \(R/3\) и \(R/6\).

    Сопротивление верхней половины цепи из \(N\) колец \[R_{\text{Э,верх}} = \frac{R}{3} + (N-2)\,\frac{\frac{R}{6}\cdot\frac{R}{3}}{\frac{R}{6} + \frac{R}{3}} + \frac{R}{3} = 4\,\frac{N+4}{9}\,R_0 .\] Сопротивление всей цепи — параллельное соединение верхней и нижней половин: \[R_\text{Э} = \frac{R_{\text{Э,верх}}}{2} = 2\,\frac{N+4}{9}\,R_0 .\] Тот же результат получается и при расстановке токов: при минимальном токе \(I\) в ветвях \(U = 3I\dfrac{R}{3} + (N-2)\,2I\dfrac{R}{6} + 3I\dfrac{R}{3} = IR\,\dfrac{N+4}{3}\), откуда \(R_\text{Э} = U/(6I)\).

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи