ID: 00017535
Непосредственно над неподвижно закреплённой проволочной катушкой на её оси на пружине подвешен полосовой магнит (см. рисунок). К катушке через ключ подключён источник тока (его полюсы обозначены «$+$» и «$-$»). Куда начнёт двигаться магнит сразу после замыкания ключа? Ответ поясните, указав, какие физические явления и законы вы использовали.
Источник: ФИПИ
До замыкания ключа тока в катушке нет, магнит просто висит на пружине. Как только ключ замыкается, по катушке идёт ток — и катушка сама становится магнитом (электромагнитом). У неё появляются свои северный и южный полюсы. Дальше всё решает простое правило: одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые притягиваются. Нам нужно понять, какой полюс у катушки окажется сверху (со стороны висящего магнита), и сравнить его с нижним полюсом самого магнита.
У подвешенного магнита, судя по рисунку, снизу (со стороны катушки) находится северный полюс $N$, сверху — южный $S$.
Теперь катушка. Прослеживаем по схеме путь тока. Ток во внешней цепи течёт от «$+$» источника. На рисунке клемма «$+$» соединена с нижним концом катушки, а «$-$» через ключ — с верхним концом. Значит внутри катушки ток идёт снизу вверх. Смотрим на направление навивки (передние, ближние к нам витки идут слева снизу направо вверх): ток на ближней к нам стороне катушки течёт вправо. Применяем правило правой руки (правило буравчика) к соленоиду: если обхватить катушку правой рукой так, чтобы пальцы показывали направление тока в витках, отставленный большой палец укажет на северный полюс. Для нашей навивки и направления тока большой палец смотрит вверх — значит верхний полюс катушки тоже северный $N$.
Итак, сверху у катушки — $N$, а снизу у магнита — тоже $N$. Это одноимённые полюсы, а они отталкиваются. Сила отталкивания направлена от катушки вверх, на магнит. Поэтому сразу после замыкания ключа магнит сдвинется вверх (катушка его оттолкнёт, пружина при этом дополнительно растянется/сожмётся, но первый толчок — вверх).
Использованные явления и законы: возникновение магнитного поля у катушки с током (катушка с током — электромагнит); правило правой руки (буравчика) для определения полюсов соленоида по направлению тока; взаимодействие магнитных полюсов (одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются).
Ответ: магнит начнёт двигаться вверх — катушка с током своим северным полюсом, обращённым к северному полюсу магнита, оттолкнёт его.
Магнит начнёт двигаться вверх (от катушки).