Консультация № 168447
28.05.2009, 16:27
0.00 руб.
0 7 1
Помогите решить задачу:
Металлическое кольцо радиусом r = 2 см расположено внутри длинного соленоида с плотностью намотки n = 500 витков на метр. Плоскость кольца перпендикулярна оси соленоида. Через соленоид пропускается ток, изменяющийся по закону I = I0 - kt, где I0 = 10 А, k = 0.1 А/с. Найти силу F, растягивающую кольцо, в момент времени t =10 с, если сопротивление кольца R = 10-3 Ом.
Ответ:
F=8,93*10 в -9 степени Ньютона

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
226425
1567
29.05.2009, 00:25
общий
это ответ
Здравствуйте, am_991.
Попробуем раскрутить

r= 2 см = 2*10^(-2) м
n = 500 1/м
I = Io - kt;
Io = 10 A;
k = 0.1 A/c;
t = 10 c;
R = 10^(-3) Ом
Найти: F

Решение:

Ток через 10 c I = 10 - 0.1*10 = 9 A
Изменение тока
(дельта)I = I - Io = 9 - 10 = -1 A (дельта - греческая буква в виде треугольника)
Изменение магнитной индукции
(дельта)B = м*мо*n*(дельта)I; здесь м (мю) = 1 (диэлектр.проницаемость воздуха (вакуума)); мо (мю нулевое) = 4п*10^(-7) Гн/м - магнитная постоянная; п = 3,14
Следовательно (дельта)В = 1*4*3,14*10^(-7)*500*(-1) = -62.8*10^(-5) = -6.3*10^(-4) Тл
Изменение магнитного потока
(дельта)Ф = (дельта)В*S, где S=пr^2 - площадь контура, следовательно (дельта)Ф = (дельта)В*п*r^2= -6.3*10^(-4)*3.14*(2*10^(-2))^2 = -79.1*10^(-8)= -7.9*10^(-7) Вб
ЭДС индукции, возникающая в кольце
E = -(дельта)Ф/t = -(-7.9*10^(-7))/10 = 7.9*10^(-8) В
Ток в кольце
i = E/R = 7.9*10^(-8)/10^(-3) = 7.9*10^(-5) А
Индукция магнитного поля в соленоиде через 10 с, т.е. при токе в соленоиде равном I
B = м*мо*n*I = 1*4*3.14*10^(-7)*500*9 = 565.2*10^(-5) = 5.7*10^(-3) Тл
Сила, растягивающая кольцо
F = 2r*B*i = 2*2*10^(-2)*5.7*10^(-3)*7.9*10^(-5) = 180*10^(-10) = 1.8*10^(-8) Н

Мне, наверно должно быть стыдно, что у меня не сошлось с ответом....
Коллеги, кто покажет ошибку?

С уважением shvetski
4
Об авторе:
С уважением
shvetski
Неизвестный
29.05.2009, 08:09
общий
Спасибо огромное.
Вроде все правильно, может просто F=i*B*r. Тогда все сходится
Неизвестный
29.05.2009, 09:53
общий
Shvetski
По-моему у Вас все правильно. Действительно получается в 2 раза больше чем в ответе.
Но, по-моему, в формулу для силы надо подставлять именно диаметр, а не радиус. А все остальное тоже вроде бы правильно.

Ток проходящий в кольце тоже создает поле влияющее на силу натяжения. Но по-моему во первых это влияние чрезвычайно мало, во вторых чтобы учитывать силу растягивающую кольцо вызванную взаимодействием тока в кольце и магнитного поля вызванного током кольца, надо знать диаметр провода кольца который в задаче не указан.

Так что предположений 2:
1- ошибочный ответ в задачнике;
2- мы оба ошиблись, и остается только ждать пока кто нибудь более грамотный и внимательный укажет где ошибка.
Неизвестный
29.05.2009, 13:02
общий
В задачнике ответ правильный.
Вы посчитали силу, действующую со стороны поля на полукольцо. Она уравновешивается двумя силами натяжения кольца.
Неизвестный
29.05.2009, 13:57
общий
Дмитрий DA
Спасибо.
Действительно теперь все очень просто.
Надо было мне не лениться, и нарисовать рисунок, а не пытаться представить его в уме.
давно
Мастер-Эксперт
226425
1567
02.06.2009, 19:14
общий
Дмитрий DA:
Если позволите:
1. но ведь вопрос был не про две силы, а про одну - "силу, растягивающую кольцо". Если следовать дальше этой логике, то почему бы тогда не приплюсовать сюда еще и две силы, растягивающие кольцо в направлении перпендикулярном первым двум? - они ведь тоже уравновешивают кольцо...
2. а как, в таком случае быть с известной задачей про веревку: "Два мальчика растягивают веревку с силами 100 Н каждый. Найти силу натяжения веревки."? Получается 200 Н? Так что ли?

Поясните, пожалуйста, буду очень благодарен. А то у меня клин в крыше
Спасибо
С уважением
shvetski
Об авторе:
С уважением
shvetski
Неизвестный
10.06.2009, 20:26
общий
Shvetski:
По-моему задача недостаточно четко сформулирована. И если нет рисунка, то можно понимать и так и сяк.
И, по-моему, при такой формулировке речь идет именно о суммарной силе дейсвующей на обе ветки провода.
(То есть в 2 раза больше ответа задачника.)
Но судя по ответу задачника, то имеется ввиду, что-то вроде:
"Найти силу растягивающую провод кольца."
"Определить натяжение кольцевого провода."
___
Вот в вопросе 169251 формулировка не вызывает сомнений в необходимости деления на два:
"Найти силу натяжения проволоки."
Форма ответа