Задачи › Вычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочки

Кольцо с перемычками

  1. Кольцо с перемычками

    Росатом 2020/21, 10 кл.
    5/10

    Из проволоки, сопротивление единицы длины которой равно \(2\lambda\), изготовили кольцо радиуса \(R\). Затем из другой проволоки, сопротивление единицы длины которой \(\lambda\), изготовили две перекрещивающиеся под прямым углом диаметральные перемычки и прикрепили к кольцу. Найти сопротивление кольца между точками А и В.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Каждая перемычка от центра до окружности имеет сопротивление \(\lambda R\). Используйте симметрию цепи: какой проводник не несёт тока?

    Ответ

    \(R_{\text{об}} = \dfrac{(2 + 4\pi + \pi^2)\,\lambda R}{8 + 6\pi + \pi^2}\).

    Решение

    Поскольку сопротивление каждой перемычки от центра до окружности равно \(\lambda R\), данную в условии электрическую цепь можно представить в виде, показанном на рисунке. Проводник, идущий от центра окружности (т. В) к самой окружности в направлении, противоположном точке А (в точку С), представляем как два параллельных проводника с удвоенным сопротивлением (по сравнению с тем проводником, который был на этом месте). Сопротивление проводника из двух параллельно соединённых одинаковых проводников вдвое меньше сопротивления каждого из них. При этом благодаря симметрии цепи по проводнику, соединяющему два проводника с сопротивлением \(2\lambda R\) в точке С, электрический ток течь не будет. Поэтому его можно удалить из цепи без изменения её сопротивления.

    Рисунок

    Полученная цепь сводится к последовательному и параллельному соединению резисторов, её сопротивление ищется по правилам сложения сопротивлений:

    Рисунок

    В результате получим для сопротивления цепи \[R_{\text{об}} = \frac{\left(2 + 4\pi + \pi^2\right)\lambda R}{8 + 6\pi + \pi^2}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи