Магнетизм — Задание 12 ЕГЭ по физике №00047713

Со стороны магнитного поля на проводник с током действует сила Ампера. Ток, длина проводника и поле не меняются — меняется только угол между проводником и линиями индукции. Значит, всё решает то, как сила зависит от угла.

Шаг 1. Закон. Сила Ампера

$$F=BIL\sin\alpha,$$

где $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором индукции. Почему синус: поле действует только на ту часть тока, что идёт поперёк линий индукции, а поперечная часть равна $L\sin\alpha$.

Шаг 2. До поворота. Проводник перпендикулярен линиям: $\alpha_1=90^\circ$, $\sin90^\circ=1$, $F_1=BIL$ — это наибольшая возможная сила.

Шаг 3. После поворота. $\alpha_2=30^\circ$, $\sin30^\circ=0{,}5$, поэтому $F_2=0{,}5\,BIL$.

Шаг 4. Отношение.

$$\dfrac{F_1}{F_2}=\dfrac{BIL}{0{,}5\,BIL}=\dfrac{1}{0{,}5}=2.$$

Проверим себя. Если бы взяли косинус, вышло бы $\cos30^\circ\approx0{,}87$ и отношение около $1{,}15$. Но тогда при повороте проводника вдоль поля ($\alpha=0^\circ$, $\cos0^\circ=1$) сила была бы наибольшей — а на ток, идущий вдоль линий индукции, поле не действует вовсе. Значит, нужен именно синус.