Магнетизм — Задание 25 ЕГЭ по физике №00019468
Магнетизм
№2. Задание 25
ID: 00019468
По прямому горизонтальному проводнику длиной $1$ м с площадью поперечного сечения $1{,}25\cdot10^{-5}$ м², подвешенному с помощью двух одинаковых невесомых пружинок жёсткостью $100$ Н/м, течёт ток $I=10$ А (см. рисунок). Какой угол $\alpha$ составляют оси пружинок с вертикалью после включения вертикального магнитного поля с индукцией $B=0{,}1$ Тл, если абсолютное удлинение каждой из пружинок при этом составляет $7{,}07\cdot10^{-3}$ м? Плотность материала проводника $8\cdot10^{3}$ кг/м³.

Источник: ФИПИ
Решение
Идея
Проводник с током в вертикальном магнитном поле получает горизонтальную силу Ампера (ток горизонтален, поле вертикально — сила перпендикулярна обоим). Эта боковая сила и отклоняет пружинки от вертикали. На проводник действуют три силы: вес вниз, сила Ампера вбок и суммарная сила упругости пружин вдоль их осей. В равновесии тангенс угла наклона — это просто отношение «боковой» силы к «вертикальной».
Шаг 1. Масса и вес проводника
Масса $m=\rho V=\rho S l=8\cdot10^{3}\cdot1{,}25\cdot10^{-5}\cdot1=0{,}1$ кг, вес $mg=1$ Н.
Шаг 2. Сила Ампера
$F_A=BIl=0{,}1\cdot10\cdot1=1$ Н — направлена горизонтально.
Шаг 3. Угол из равновесия
Пружинки висят вдоль равнодействующей веса и силы Ампера, поэтому $\tan\alpha=\dfrac{F_A}{mg}=\dfrac{1}{1}=1$, значит $\alpha=45^\circ$. Проверка по удлинению: суммарная упругость $2kx=2\cdot100\cdot7{,}07\cdot10^{-3}\approx1{,}41$ Н $=\sqrt{2}$ Н — ровно равнодействующая $\sqrt{(mg)^2+F_A^2}=\sqrt{2}$ Н, всё сходится.
Ответ
$\alpha=45^\circ$
Другие задания по теме «Магнетизм» (8)
- Задание 25 №00043190 — Маленькое положительно заряженное тело массой m, прикреплённое к невесомой…
- Задание 25 №00043189 — Из никелиновой проволоки с удельным сопротивлением ро равно 42 умножить на 10 в…
- Задание 25 №00043188 — Из нихромовой проволоки с удельным сопротивлением ро равно 110 умножить на 10 в…
- Задание 25 №00026619 — Из медной проволоки с удельным сопротивлением ро равно 1,7 умножить на 10 в…
- Задание 25 №00026614 — На проводящих рельсах, проложенных по наклонной плоскости, в однородном…
- Задание 25 №00026612 — В электрической цепи, показанной на рисунке, ключ К длительное время замкнут, ℰ…
- Задание 25 №00026606 — На непроводящей горизонтальной поверхности стола лежит жёсткая рамка массой m…
- Задание 25 №00026592 — Протон, прошедший ускоряющую разность потенциалов D j = 191 В, влетает в…