сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 11 № 82
i

На глад­кой го­ри­зон­таль­ной по­верх­но­сти по­ко­ит­ся тон­кое ди­элек­три­че­ское коль­цо мас­сой 1 г. По коль­цу рав­но­мер­но рас­пре­де­лен заряд 100 мкКл. Пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти коль­ца при­ло­же­но маг­нит­ное поле с ин­дук­ци­ей 10 Тл. В какой-то мо­мент маг­нит­ное поле на­чи­на­ет умень­шать­ся во вре­ме­ни по ли­ней­но­му за­ко­ну. С какой уг­ло­вой ско­ро­стью будет вра­щать­ся коль­цо, после того как маг­нит­ное поле будет пол­но­стью вы­клю­че­но? Тре­ни­ем о по­верх­ность и вяз­ко­стью воз­ду­ха пре­не­бречь.

 

Ответ вы­ра­зить в рад/с и за­пи­сать в виде числа без про­бе­лов, без еди­ниц из­ме­ре­ния и каких-либо зна­ков, с точ­но­стью од­но­го числа после за­пя­той, на­при­мер, «1,6».

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

По усло­вию по­верх­ность, на ко­то­рой лежит коль­цо, глад­кая, по­это­му сила ре­ак­ции опоры будет ком­пен­си­ро­вать силу тя­же­сти.

При из­ме­не­нии маг­нит­но­го по­то­ка со­глас­но за­ко­ну элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции в об­ла­сти коль­ца воз­ни­ка­ет вих­ре­вое элек­три­че­ское поле, линии на­пря­жен­но­сти ко­то­ро­го лежат в го­ри­зон­таль­ной плос­ко­сти. ЭДС ин­дук­ции равна

 \mathcalE _i=\left| дробь: чис­ли­тель: \Delta \Phi, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби | =S\left| дробь: чис­ли­тель: \Delta B, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби |= Пи R в квад­ра­те \left| дробь: чис­ли­тель: \Delta B, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби |.

Так как коль­цо за­ря­же­но рав­но­мер­но и длина тон­ко­го коль­ца 2 Пи R, то на­пря­жен­ность элек­три­че­ско­го поля в любой точке коль­ца долж­на быть на­прав­ле­на по ка­са­тель­ной к его по­верх­но­сти и равна E= дробь: чис­ли­тель: R, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \left| дробь: чис­ли­тель: \Delta B, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби |.

По­сколь­ку коль­цо за­ря­же­но рав­но­мер­но, то на любой малый эле­мент коль­ца \Delta l будет дей­ство­вать сила, на­прав­лен­ная пер­пен­ди­ку­ляр­но ра­ди­у­су и рав­ная

\Delta F=E\Delta q= дробь: чис­ли­тель: R, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \left| дробь: чис­ли­тель: \Delta B, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби | дробь: чис­ли­тель: Q\Delta l, зна­ме­на­тель: 2 Пи R конец дроби .

Сле­до­ва­тель­но, по вто­ро­му за­ко­ну Нью­то­на ве­ли­чи­на тан­ген­ци­аль­ной со­став­ля­ю­щей уско­ре­ния равна a_\tau= дробь: чис­ли­тель: \Delta F, зна­ме­на­тель: \Delta m конец дроби . Счи­тая коль­цо од­но­род­ным, можем вы­ра­зить массу ма­ло­го участ­ка \Delta m= дробь: чис­ли­тель: m\Delta l, зна­ме­на­тель: 2 Пи R конец дроби . Тогда по­лу­ча­ем, что уско­ре­ние ма­ло­го участ­ка коль­ца

a_\tau= дробь: чис­ли­тель: QR, зна­ме­на­тель: 2m конец дроби \left| дробь: чис­ли­тель: \Delta B, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби |.

Уг­ло­вая ско­рость коль­ца за малый про­ме­жу­ток вре­ме­ни долж­на из­ме­нить­ся на ве­ли­чи­ну

\Delta\omega= дробь: чис­ли­тель: a, зна­ме­на­тель: R\Delta t конец дроби = дробь: чис­ли­тель: Q, зна­ме­на­тель: 2m конец дроби |\Delta B|.

По­сколь­ку коль­цо пер­во­на­чаль­но по­ко­и­лось, сум­ми­ру­ем при­ра­ще­ние уг­ло­вых ско­ро­стей, на­хо­дим мак­си­маль­ную уг­ло­вую ско­рость, ко­то­рую при­об­ре­тет коль­цо при вы­клю­че­нии маг­нит­но­го поля

\omega = дробь: чис­ли­тель: QB, зна­ме­на­тель: 2m конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 10, зна­ме­на­тель: 2 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = 0,5рад/с.

Ответ: 0,5.

Классификатор: Элек­тро­ди­на­ми­ка. Явл. эл-магн. ин­дук­ции. Закон эл-магн. ин­дук­ции