ID: 00017496
Медный стержень $AБ$ подвешен на тонких проводящих проволочках и подключён к источнику постоянного напряжения $U$ — так, как показано на рисунке. Под проводником находится постоянный полосовой магнит, обращённый к нему северным полюсом. В какую сторону начнёт двигаться проводник сразу после замыкания ключа $K$? Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, почему это произойдёт. Считать, что магнитное поле вблизи полюса постоянного магнита однородно.
Источник: ФИПИ
Сразу после замыкания ключа по стержню потечёт ток, а сам стержень лежит в магнитном поле полосового магнита. На проводник с током в поле всегда действует сила Ампера — она и «толкнёт» стержень. Осталось понять, куда именно она направлена.
Стержень $AБ$ висит горизонтально на двух тонких проволочках (получился лёгкий горизонтальный «качели»-маятник). Прямо под ним лежит магнит, повёрнутый к стержню северным полюсом $N$. У северного полюса линии магнитного поля выходят наружу, то есть вблизи стержня поле $\vec B$ направлено вертикально вверх — к стержню. После замыкания ключа $K$ через стержень идёт постоянный ток $I$ вдоль него (горизонтально, от $A$ к $Б$).
Сила Ампера $\vec F = I\,\vec L \times \vec B$, её модуль $F = BIL$ (ток и поле взаимно перпендикулярны). Направление даёт правило левой руки: ладонь поворачиваем так, чтобы линии поля $\vec B$ (вверх) входили в ладонь, четыре пальца — по току (вдоль стержня), тогда отставленный большой палец показывает силу. Поскольку и ток горизонтален (вдоль стержня), и поле вертикально, их векторное произведение горизонтально и перпендикулярно стержню. Вертикальной составляющей у силы нет, поэтому вес тут ни при чём — стержень сдвинется именно вбок.
Стержень качнётся в горизонтальной плоскости, отклонившись перпендикулярно себе — в ту сторону, куда указывает правило левой руки (для тока от $A$ к $Б$ — от наблюдателя, в глубину рисунка). Если поменять полярность источника (ток потечёт от $Б$ к $A$), стержень качнётся в противоположную сторону.
Ответ: стержень начнёт двигаться горизонтально, перпендикулярно своей оси, под действием силы Ампера $F=BIL$; сторона задаётся правилом левой руки по направлению тока.
Стержень начнёт двигаться горизонтально — отклонится в сторону, перпендикулярную самому себе (как горизонтальный маятник на проволочках). Причина — сила Ампера: над северным полюсом магнита поле направлено вертикально вверх, ток в стержне горизонтален, поэтому сила $\vec F = I\,\vec L\times\vec B$ горизонтальна и перпендикулярна стержню. Конкретная сторона (от наблюдателя или к нему) определяется правилом левой руки по направлению тока от $A$ к $Б$.