Магнетизм

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

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.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Магнетизм

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

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.

Шаг 1. Силы на сторонах рамки

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.

Шаг 2. Возникает вращающий момент

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.

Шаг 3. Где рамка остановится

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.

Ответ

Рамка повернётся по часовой стрелке и установится перпендикулярно оси магнита так, что контакт «+» окажется внизу.

Другие задания по теме «Магнетизм» (8)