Номер 737, страница 116 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитное поле проводников с током и постоянных магнитов. Магнитные линии - номер 737, страница 116.

Условие.

737. Объясните причину того, что подъёмная сила U-образного магнита больше, чем полосового.

Решение.

Подъёмная сила U-образного (или подковообразного) магнита значительно больше, чем у полосового магнита из того же материала и той же массы, из-за особой конфигурации его магнитного поля. Это объясняется несколькими ключевыми факторами.

Концентрация магнитного поля. У полосового магнита северный и южный полюсы находятся на противоположных концах. Магнитные силовые линии, выходящие из северного полюса, широко расходятся в окружающем пространстве, прежде чем войти в южный полюс. Из-за этого рассеивания напряжённость магнитного поля у поверхности полюсов относительно невелика. В U-образном магните полюсы сближены и обращены в одну сторону. Такая геометрия заставляет магнитные силовые линии концентрироваться в небольшом зазоре между полюсами. Плотность силовых линий, а следовательно, и напряжённость (индукция) магнитного поля в этом зазоре становится очень высокой — намного выше, чем у полюса полосового магнита.

Одновременное действие обоих полюсов. Когда U-образный магнит притягивает ферромагнитный предмет (например, железный брусок), этот предмет замыкает собой зазор между полюсами. Таким образом, на него действуют сразу оба полюса — и северный, и южный. Это создает короткую и почти замкнутую магнитную цепь (магнит → предмет → магнит), что значительно усиливает магнитное взаимодействие. Полосовой же магнит, как правило, действует на предмет только одним своим полюсом, а магнитная цепь остается разомкнутой и длинной (через воздух), что сильно ослабляет силу притяжения.

Зависимость силы от напряжённости поля. Сила магнитного притяжения пропорциональна квадрату индукции магнитного поля. Это можно выразить формулой $F \propto B^2$, где $\text{F}$ — сила, а $\text{B}$ — индукция магнитного поля. Поскольку U-образный магнит создает в рабочем зазоре значительно более сильное поле (большее значение $\text{B}$) по сравнению с полосовым, его подъёмная сила возрастает не линейно, а квадратично. Например, если поле в 3 раза сильнее, то сила притяжения будет в $3^2=9$ раз больше.

Таким образом, сочетание этих факторов — концентрация поля и одновременное действие обоих полюсов на притягиваемый объект — и является причиной того, что подъёмная сила U-образного магнита значительно превосходит силу полосового.

Ответ: Подъёмная сила U-образного магнита больше, чем у полосового, потому что его полюсы сближены. Это приводит к концентрации магнитного поля в зазоре между ними, создавая гораздо более сильное поле. При притягивании предмета оба полюса U-образного магнита действуют на него одновременно, замыкая магнитную цепь и создавая значительно большую силу притяжения.