На секундомер с металлическим ободом и металлической стрелкой подали постоянное напряжение: к началу стрелки и к точке “15 секунд” на ободе (см. рис.). Также в схему последовательно включили лампочку. Через сколько секунд после запуска яркость лампочки будет минимальной? Через сколько — максимальной?
Яркость лампочки накаливания пропорциональна мощности, т. е. ~RI2, где R — сопротивление лампочки, I — ток, текущий через неё. Следовательно, максимальная яркость достигается при максимальном токе, текущем через лампочку, минимальная яркость — при минимальном токе. Нарисуем эквивалентную схему. Последовательно соединены стрелка, обод секундомера (R)обода и лампочка (см. рис.). Максимальный ток достигается тогда, когда сопротивление обода секундомера обнуляется, т. е. при положении стрелки "15 секунд".
Так как обод секундомера — металлический, то можно предоставить полное сопротивление обода следующим образом: где — длина обода, S — его поперечное сечение, а — удельное сопротивление материала. Стрелка часов делит обод на два сопротивления, соединенных параллельно, величина которых зависит от длин дуг. Составим пропорцию по отношению к "секундам":
где l — длина дуги обода секундомера от '15' секунд до стрелки. Тогда сопротивление R1 дуги l:
Сопротивление оставшейся дуги от стрелки до контакта "на месте" 15 секунд:
Чтобы выяснить полное сопротивление обода секундомера Rобода, надо посчитать параллельное сопротивление Rx1 и Rx2:
Сопротивление Rобода подключено в схему последовательно с лампочкой, значит, для минимального тока, текущего через лампу накаливания, сопротивление должно быть максимальным, что происходит при решении следующего уравнения:
Вершина данной параболы находится в точке t = 45 сек.
Ответ: Через 45 секунд яркость лампочки будет минимальной, через 15 — максимальной.