ID: 00015371
Три параллельных тонких длинных провода в сечении перпендикулярной им плоскостью находятся в вершинах равностороннего треугольника (см. рисунок), и по ним текут в одном направлении одинаковые токи. Во сколько раз изменится по модулю сила Ампера, действующая на единицу длины провода № 1 со стороны проводов № 2 и 3, если направление тока в проводе № 2 изменить на противоположное?

Источник: ФИПИ
Каждая пара параллельных проводов с током взаимодействует с силой Ампера. На единицу длины она равна F_0 = \dfrac{\mu_0 I^2}{2\pi a}, где a — сторона треугольника (расстояние между проводами). Сонаправленные токи притягиваются, противоположные — отталкиваются. Значит, сила на провод № 1 — это векторная сумма двух сил (от № 2 и от № 3), и весь фокус задачи в том, чтобы правильно сложить эти два вектора с учётом угла 60^\circ между сторонами равностороннего треугольника.
Все три тока сонаправлены, поэтому провод № 1 притягивается и к № 2, и к № 3. Обе силы равны по модулю F_0 и направлены вдоль сторон треугольника от вершины № 1 к вершинам № 2 и № 3. Угол при вершине равностороннего треугольника равен 60^\circ, значит угол между двумя векторами силы тоже 60^\circ. Складываем по правилу параллелограмма:
F_{\text{нач}} = 2 F_0 \cos\dfrac{60^\circ}{2} = 2 F_0 \cos 30^\circ = 2 F_0 \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} = \sqrt{3}\, F_0.
Теперь ток в № 2 направлен против тока № 1 — провода отталкиваются. Сила от № 2 на № 1 по-прежнему равна F_0, но теперь направлена вдоль линии 2→1 (от провода № 2 прочь), то есть точно противоположно прежнему направлению. Сила от № 3 не изменилась (притяжение, модуль F_0). Удобно ввести оси: пусть № 1 в вершине, № 2 и № 3 — в основании. Тогда после разворота тока вертикальные составляющие двух сил гасятся, а горизонтальные складываются, и в сумме остаётся ровно один горизонтальный вектор модулем F_0:
F_{\text{кон}} = F_0.
\dfrac{F_{\text{кон}}}{F_{\text{нач}}} = \dfrac{F_0}{\sqrt{3}\, F_0} = \dfrac{1}{\sqrt{3}} \approx 0{,}58.
То есть сила уменьшилась в \sqrt{3} раз. Подвох — не забыть, что складываются именно ВЕКТОРЫ, а смена знака тока разворачивает один из них на 180^\circ.
Ответ: сила уменьшится в \sqrt{3} \approx 1{,}73 раза.
Сила уменьшится в \sqrt{3} \approx 1{,}73 раза (станет равной \dfrac{1}{\sqrt{3}} от первоначальной).