Задачи › Сила Ампера

Стержень с током в магнитном поле

  1. Стержень с током в магнитном поле

    Физтех 2024/25, 11 кл.
    4/10

    Верхний конец однородного проводящего стержня массы \(m=0{,}1\text{ кг}\) и длины \(L=0{,}5\text{ м}\) закреплён в шарнире (см. рис.). На расстоянии \(h=0{,}4\text{ м}\) от шарнира закреплена горизонтальная проводящая рейка, с которой стержень находится в электрическом контакте. Шарнир, стержень и рейка расположены в вертикальной плоскости. Линии индукции однородного магнитного поля перпендикулярны этой плоскости, модуль вектора индукции \(B=0{,}1\text{ Тл}\). По стержню и рейке течёт постоянный ток, стержень находится в покое, при этом стержень образует с вертикалью угол \(\alpha\) такой, что \(\sin\alpha=0{,}32\). Ускорение свободного падения \(g=10\text{ м/с}^2\).

    Найдите силу тока. Считайте, что сила Ампера, действующая на стержень, обусловлена взаимодействием только с заданным в условии магнитным полем. Действие сил трения считайте пренебрежимо малым. Ответ приведите в \(\text{А}\) с округлением до целого числа.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Выберите ось вращения через шарнир и запишите условие равновесия моментов сил. Сила Ампера приложена к части стержня между шарниром и рейкой.

    Ответ

    \(I=\dfrac{mgL\sin\alpha\cos^2\alpha}{Bh^2}=\dfrac{0{,}1\cdot10\cdot0{,}5\cdot0{,}32\cdot0{,}8976}{0{,}1\cdot0{,}16}\approx9\text{ А}\).

    Решение

    Уравнение моментов относительно оси, проходящей через шарнир перпендикулярно плоскости чертежа: \[IB\,\frac{h}{\cos\alpha}\cdot0{,}5\cdot\frac{h}{\cos\alpha}=mg\cdot0{,}5\,L\sin\alpha.\] Отсюда \[I=\frac{mgL}{Bh^2}\sin\alpha\left(1-\sin^2\alpha\right).\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи