Номер 819, страница 130 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца - номер 819, страница 130.

Условие.

819. С одинаковым ли ускорением магнит будет падать через вертикальную катушку при замкнутой и разомкнутой цепях (рис. 195)? Почему?

Рис. 195

Решение.

Нет, ускорение магнита в двух случаях будет разным.

Разомкнутая цепь

Когда магнит падает сквозь катушку с разомкнутой цепью, изменение магнитного потока через витки катушки приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции. Однако, поскольку цепь не замкнута, индукционный ток в ней не возникает ($I=0$). Отсутствие тока означает, что катушка не создает собственного магнитного поля, которое могло бы взаимодействовать с падающим магнитом. Поэтому на магнит действует только сила тяжести (пренебрегая сопротивлением воздуха), и его ускорение равно ускорению свободного падения: $a_1 = g$.

Замкнутая цепь

В случае с замкнутой цепью, индуцированная ЭДС вызывает в катушке индукционный ток. Согласно правилу Ленца, этот ток создает магнитное поле, которое противодействует причине его возникновения, то есть падению магнита. Когда северный полюс (N) магнита приближается к катушке, индукционный ток создает в катушке такое магнитное поле, что ее верхний конец также становится северным полюсом. Два одноименных полюса отталкиваются.

В результате на магнит, помимо силы тяжести $F_g$, направленной вниз, действует сила магнитного отталкивания $F_м$, направленная вверх. Результирующая сила, действующая на магнит, равна $F_{рез} = F_g - F_м$. Согласно второму закону Ньютона, ускорение магнита в этом случае будет:

$a_2 = \frac{F_{рез}}{m} = \frac{mg - F_м}{m} = g - \frac{F_м}{m}$

Поскольку сила магнитного отталкивания $F_м$ больше нуля, ускорение магнита в замкнутой цепи $a_2$ будет меньше ускорения свободного падения $\text{g}$. Таким образом, $a_2 < a_1$.

Ответ: Ускорение магнита, падающего через замкнутую катушку, будет меньше, чем при падении через разомкнутую. В замкнутой катушке возникает индукционный ток, который создает противодействующее магнитное поле, тормозящее падение магнита.