Задача 20.1, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Задача 20.1. На рисунке 20.4 представлена схема расположения прямоугольной проволочной рамки в магнитном поле постоянного магнита. Определите направления векторов сил Ампера, действующих на рамку в точках 1 и 2. В каком направлении повернётся рамка под действием этих сил?

Рис. 20.4

Решение

Для определения направления силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле, используется правило левой руки. Чтобы его применить, необходимо сначала определить направление тока в рамке и направление вектора магнитной индукции.

На рисунке изображен источник тока — батарейка. Ее правая клемма является положительным полюсом, а левая — отрицательным. Электрический ток в цепи направлен от положительного полюса к отрицательному. Таким образом, ток в верхней части рамки (в точке 1) течет от нас (за плоскость рисунка), а в нижней части рамки (в точке 2) — на нас (из плоскости рисунка).

Магнитное поле создается постоянным магнитом. Вектор магнитной индукции $\vec{B}$ направлен от северного полюса (N) к южному (S), то есть в пространстве между полюсами он направлен горизонтально слева направо.

Направления векторов сил Ампера, действующих на рамку в точках 1 и 2

Применим правило левой руки к верхней части рамки (точка 1). Расположим левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по току (от нас), а ладонь была обращена к северному полюсу, чтобы вектор магнитной индукции $\vec{B}$ входил в нее (ладонь смотрит влево). Тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера $\vec{F}_{A1}$. Эта сила будет направлена вертикально вниз.

Теперь применим правило левой руки к нижней части рамки (точка 2). Расположим левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по току (на нас), а вектор $\vec{B}$ так же входил в ладонь (ладонь смотрит влево). В этом случае отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера $\vec{F}_{A2}$. Эта сила будет направлена вертикально вверх.

Ответ: В точке 1 вектор силы Ампера направлен вниз, а в точке 2 — вверх.

В каком направлении повернётся рамка под действием этих сил?

На верхнюю и нижнюю стороны рамки действуют две силы, равные по модулю и противоположные по направлению ($\vec{F}_{A1}$ вниз, $\vec{F}_{A2}$ вверх). Эта пара сил создает вращающий момент относительно горизонтальной оси рамки. Под действием этого момента верхняя сторона рамки будет опускаться, а нижняя — подниматься. Таким образом, рамка будет поворачиваться против часовой стрелки (если смотреть на нее со стороны коллектора, справа).

Ответ: Рамка повернется против часовой стрелки.