ID: 00017071
Рамку с постоянным током удерживают неподвижно в поле полосового магнита (см. рис.). Полярность подключения источника тока к выводам рамки показана на рисунке. Как будет двигаться рамка на неподвижной оси $MO$, если рамку не удерживать?
Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. Считать, что рамка испытывает небольшое сопротивление движению со стороны воздуха.
Источник: Сборник Гиголо
На рамку с током в магнитном поле действует сила Ампера: на разные стороны рамки — в разные стороны. Получается пара сил, которая создаёт вращающий момент. Чтобы понять, куда повернётся рамка, надо найти направление силы Ампера на каждой её стороне по правилу левой руки, а дальше — где рамка остановится.
Рассмотрим сечение рамки плоскостью рисунка. В исходном положении в одном (левом) вертикальном звене ток направлен к нам, а в противоположном (правом) — от нас. По правилу левой руки в магнитном поле полосового магнита на левое звено сила Ампера $\vec F_{A1}$ направлена вверх, а на правое звено $\vec F_{A2}$ — вниз.
Две эти силы равны по модулю, но направлены в разные стороны и приложены к разным сторонам рамки — это пара сил. Она создаёт момент, разворачивающий рамку на оси $MO$ по часовой стрелке.
Рамка поворачивается до положения, в котором силы Ампера перестают её вращать, а лишь растягивают/удерживают — это устойчивое равновесие. Оно достигается, когда плоскость рамки становится перпендикулярна оси магнита, причём контакт «+» оказывается внизу. Небольшое сопротивление воздуха гасит колебания около этого положения, и рамка в нём окончательно успокаивается.
Рамка повернётся по часовой стрелке и установится перпендикулярно оси магнита так, что контакт «+» окажется внизу.