ID: 00017069
Мягкая пружина из нескольких крупных витков провода подвешена к потолку. Верхний конец пружины подключается к источнику тока через ключ $K$, а нижний — с помощью достаточно длинного мягкого провода (см. рис.). Как изменится длина пружины через достаточно большое время после замыкания ключа $K$?
Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения. Тепловыми эффектами пренебречь.
Источник: Сборник Гиголо
Главная подсказка — что пружина сделана из провода и по ней пустят ток. А два проводника с током умеют притягиваться и отталкиваться. Ключевое правило: параллельные токи, текущие в одну сторону, притягиваются (это взаимодействие через силу Ампера). Витки пружины — как раз почти параллельные «проводки», и по ним потечёт ток в одном направлении.
Пока ключ разомкнут, тока нет. Пружина висит в равновесии: на каждый виток действует сила тяжести, которую уравновешивают силы упругости со стороны соседних витков. Это её исходная длина.
После замыкания по всей пружине идёт один и тот же ток, то есть в соседних витках токи направлены сонаправленно. Значит, соседние витки притягиваются друг к другу силами Ампера. Витки стягиваются ближе — пружина начинает укорачиваться.
Сжатие идёт до тех пор, пока не установится новое равновесие: теперь силы упругости должны уравновесить и силу тяжести, и дополнительную силу Ампера, стягивающую витки. Это равновесие достигается при меньшей длине пружины, чем была.
Ответ: через достаточно большое время после замыкания ключа пружина сожмётся — её длина уменьшится.
Пружина сожмётся, её длина уменьшится.