ID: 00003219
По горизонтальным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым электрическим сопротивлением могут скользить два одинаковых стержня сопротивлением R = 0,1 Ом каждый. Расстояние между рельсами l = 10 см. Рельсы со стержнями находятся B однородном вертикальном магнитном поле с индукцией В = 1 Тл (см. рисунок).
Если на первый стержень действует горизонтальная сила величиной F = 0,1 Н, направленная вдоль рельсов, то оба стержня движутся поступательно равномерно с разными скоростями. Какова скорость движения первого стержня относительно второго? Самоиндукцией контура пренебречь.
Источник: ФИПИ
По рельсам скользят два одинаковых стержня. Первый тянут силой F, и он движется быстрее второго. Из-за разной скорости меняется поток через контур, течёт индукционный ток, и сила Ампера толкает второй стержень. Оба движутся равномерно, значит силы на каждом уравновешены.
Токи и силы. ЭДС возникает из-за относительной скорости: \varepsilon=Bl(v_1-v_2), ток I=\dfrac{\varepsilon}{2R} (два стержня последовательно). Второй стержень движется равномерно: сила Ампера уравновешивает его трение, BIl=F_{тр2}. Первый: F=BIl+F_{тр1}. Стержни одинаковы, трения равны, поэтому F=2BIl, откуда сила Ампера BIl=\dfrac{F}{2}=0{,}05 Н.
Относительная скорость. Ток I=\dfrac{0{,}05}{Bl}=\dfrac{0{,}05}{1\cdot0{,}1}=0{,}5 А. ЭДС \varepsilon=I\cdot2R=0{,}5\cdot0{,}2=0{,}1 В. Из \varepsilon=Bl(v_1-v_2): v_1-v_2=\dfrac{0{,}1}{1\cdot0{,}1}=1\ \frac{\text{м}}{\text{с}}.
v₁ − v₂ = 1 м/с