Номер 647, страница 96 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Магнитное поле. Направление линий магнитного поля тока. Действие магнитного поля на электрический ток. Индукция магнитного поля. Электромагнитное поле - номер 647, страница 96.

647. По жёсткой проволочной рамке, которая может свободно поворачиваться вокруг оси $O_1O_2$, проходит электрический ток в направлении АБВГ (рис. 135). Определите направление сил, действующих на рамку на участках АБ, БВ и ВГ. Как движется рамка?

Рис. 135

Решение

Для определения направления сил, действующих на проводники с током в магнитном поле, воспользуемся правилом левой руки. Линии вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ выходят из северного полюса (N) и входят в южный (S), следовательно, в пространстве между полюсами магнитное поле направлено горизонтально вправо.

Определите направления сил, действующих на рамку на участках АБ, БВ и ВГ

На участке АБ: ток $ I $ течет вниз. Расположим левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление тока (вниз), а линии магнитного поля входили в ладонь (ладонь обращена влево). Тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей силы Ампера $ \vec{F}_{АБ} $. Она направлена на нас, перпендикулярно плоскости рисунка.

На участке ВГ: ток $ I $ течет вверх. Поступая аналогично, направим четыре пальца левой руки вверх, а ладонь развернем так, чтобы в нее входили линии поля. Большой палец укажет направление силы $ \vec{F}_{ВГ} $ — от нас, перпендикулярно плоскости рисунка.

На участке БВ: ток $ I $ течет вправо, то есть его направление совпадает с направлением вектора магнитной индукции $ \vec{B} $. Угол $ \alpha $ между направлением тока и вектором магнитной индукции равен $ 0^{\circ} $. Величина силы Ампера определяется по формуле $ F = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha) $. Поскольку $ \sin(0^{\circ}) = 0 $, сила, действующая на этот участок рамки, равна нулю.

Ответ: Сила, действующая на участок АБ, направлена на наблюдателя; сила на участке ВГ направлена от наблюдателя; сила на участке БВ равна нулю.

Как движется рамка?

На стороны рамки АБ и ВГ действуют две силы, $ \vec{F}_{АБ} $ и $ \vec{F}_{ВГ} $. Эти силы равны по модулю, но направлены в противоположные стороны и приложены к разным сторонам рамки. Эта пара сил создает вращающий момент относительно оси $ O_{1}O_{2} $. Под действием этого момента рамка начнет вращаться так, что сторона АБ будет двигаться из плоскости рисунка на нас, а сторона ВГ — вглубь, от нас.

Ответ: Рамка будет вращаться вокруг оси $ O_{1}O_{2} $ против часовой стрелки, если смотреть на неё сверху (со стороны точки $ O_{1} $).