Номер 16.6, страница 99 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Электричество и магнетизм. 16. Электромагнитная индукция - номер 16.6, страница 99.

Условие.

16.6. Маятник, состоящий из металлических нити, шарика и острия, погруженного в ртуть, совершает малые колебания в сильном однородном магнитном поле (см. рисунок). Как изменится характер колебаний после замыкания ключа?

Решение.

Решение 2.

До замыкания ключа маятник совершает колебания. Поскольку система (нить, шарик, ртуть) является проводящей, но электрическая цепь разомкнута, электромагнитные эффекты, вызывающие торможение, пренебрежимо малы. Колебания являются слабо затухающими, в основном из-за сопротивления среды (воздуха и ртути) и трения в точке подвеса.

После замыкания ключа образуется замкнутая электрическая цепь, в которую входят металлическая нить маятника, слой ртути и внешний провод с ключом.

При движении маятника в однородном магнитном поле его проводящая нить пересекает линии магнитной индукции. В результате этого в нити возникает ЭДС индукции. Согласно закону Фарадея, величина этой ЭДС ($\mathcal{E}$) пропорциональна скорости движения нити ($\text{v}$) и величине индукции магнитного поля ($\text{B}$): $\mathcal{E} \propto B L v$, где $\text{L}$ — длина нити.

Поскольку цепь теперь замкнута, возникшая ЭДС создает в ней индукционный ток $\text{I}$. Сила тока, согласно закону Ома для полной цепи, равна $I = \mathcal{E} / R$, где $\text{R}$ — полное сопротивление цепи.

На проводник с током (нить маятника), находящийся в магнитном поле, действует сила Ампера. Ее величина определяется формулой $F_A = I B L \sin\alpha$. В данном случае вектор магнитной индукции $\vec{B}$ перпендикулярен направлению тока в нити, поэтому $\sin\alpha=1$ и $F_A = I B L$.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки. В соответствии с правилом Ленца, индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток. Следствием этого является то, что сила Ампера всегда направлена против скорости движения проводника.

• Когда маятник движется в одну сторону (например, вправо), сила Ампера направлена в противоположную сторону (влево), тормозя его.
• Когда маятник движется в обратную сторону (влево), направление тока в цепи меняется на противоположное, и сила Ампера также меняет свое направление, но снова оказывается направленной против скорости (теперь вправо).

Таким образом, после замыкания ключа на маятник начинает действовать дополнительная сила электромагнитного торможения (демпфирования). Поскольку по условию магнитное поле сильное, эта сила будет значительной. В результате характер колебаний изменится: они станут быстро затухающими.

Ответ: После замыкания ключа колебания маятника станут быстро затухающими из-за возникновения силы электромагнитного торможения, которая будет препятствовать движению маятника.