Номер 6, страница 177 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

6. В каком случае сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

6. Решение

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током (сила Ампера) или на движущуюся заряженную частицу (сила Лоренца), обращается в ноль при определённых условиях. Чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать формулы для этих сил.

1. Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу (сила Лоренца)

Величина силы Лоренца, действующей на заряд $q$, движущийся со скоростью $v$ в магнитном поле с индукцией $B$, вычисляется по формуле:

$F_Л = |q| \cdot v \cdot B \cdot \sin(\alpha)$

где $\alpha$ — это угол между вектором скорости частицы $\vec{v}$ и вектором магнитной индукции $\vec{B}$.

Из формулы видно, что сила $F_Л$ равна нулю, если один из множителей равен нулю. Таким образом, магнитное поле не действует на заряженную частицу в следующих случаях:

- Частица покоится, то есть её скорость равна нулю ($v = 0$). Магнитное поле действует только на движущиеся заряды.

- Частица движется вдоль линий магнитной индукции. В этом случае вектор скорости $\vec{v}$ параллелен ($\alpha = 0^\circ$) или антипараллелен ($\alpha = 180^\circ$) вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Для этих углов синус равен нулю: $\sin(0^\circ) = \sin(180^\circ) = 0$.

Также сила равна нулю, если частица не заряжена ($q=0$) или если магнитное поле отсутствует ($B=0$), но это тривиальные случаи, не относящиеся к сути вопроса.

2. Сила, действующая на проводник с током (сила Ампера)

Величина силы Ампера, действующей на прямой участок проводника длиной $l$ с током $I$, помещённого в магнитное поле с индукцией $B$, вычисляется по формуле:

$F_А = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$

где $\alpha$ — это угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции $\vec{B}$.

Из этой формулы следует, что сила $F_А$ равна нулю, если:

- В проводнике нет тока ($I = 0$).

- Проводник расположен параллельно линиям магнитной индукции. В этом случае направление тока параллельно ($\alpha = 0^\circ$) или антипараллельно ($\alpha = 180^\circ$) вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Поскольку $\sin(0^\circ) = \sin(180^\circ) = 0$, сила Ампера также будет равна нулю.

Таким образом, основной нетривиальный случай, когда сила со стороны магнитного поля отсутствует, заключается в том, что движение зарядов (в виде потока частиц или электрического тока в проводнике) происходит параллельно линиям магнитной индукции.

Ответ: Сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю в следующих случаях:

1. Для движущейся заряженной частицы: если частица покоится ($v=0$) или если она движется параллельно (или антипараллельно) линиям магнитной индукции.

2. Для проводника с током: если в проводнике отсутствует ток ($I=0$) или если проводник расположен параллельно (или антипараллельно) линиям магнитной индукции.