8.14.8
15.04.2022
JS: 2.14.23
CSS: 4.9.13
jQuery: 3.6.0
DataForLocalStorage: 2022-05-25 15:16:08-standard
-----
Прикрепленные файлы:
ECOПосетитель ID: 405713 |
= общий =
26.01.2022, 21:25
Очень тонкое кольцо массы m и радиуса r равномерно заряжено по своей длине зарядом q. В начальный момент времени кольцо покоится горизонтально и освобождается без толчка. Последующее движение кольца происходит в вертикальном поле тяжести Земли, характеризуемом ускорением свободного падения g, и в горизонтальном радиальном магнитном поле индукцией B. Сопротивлением воздуха пренебречь. Считайте, что плоскость кольца все время остается горизонтальной. Найдите максимальную скорость центра масс кольца v за все время движения.
|
Алексеев Владимир НиколаевичМастер-Эксперт ID: 259041 |
= общий =
27.01.2022, 15:15
Рассмотрим этапы процессов, происходящих в Вашей задаче:
Этап1: "Очень тонкое кольцо … равномерно заряжено по своей длине зарядом q" - значит элемент кольца длиной ΔL имеет заряд Δq = q·ΔL / L , где L - длина окружности кольца. "В начальный момент времени кольцо покоится горизонтально и освобождается без толчка" - начинается падение с нулевой начальной скоростью. Скорость V падения возрастает по закону V = g·t . Тут t - текущее время от начала процесса. "Последующее движение кольца происходит в вертикальном поле тяжести Земли, характеризуемом ускорением свободного падения g, и в горизонтальном радиальном магнитном поле индукцией B" - на элемент кольца начинает действовать отклоняющая сила Лоренца ΔF = Δq·V·B·sin(α) . Здесь α - это угол м-ду вектором скорости и вектором магнитной индукции. Как в учебной статье "Что такое магнитная индукция ?" Ссылка1 , так и в текущей задаче мы полагаем, будто заряд q - положительный, хотя в Условии задачи полярность заряда не указана. Тогда согласно Правилу левой руки (см рис1) сила Лоренца раскручивает кольцо по часовой стрелке, если смотреть сверху (рис2 прилагаю). ![]() Вектор силы Fл Лоренца, перпендикулярный вектору скорости, также разворачивается и начинает обретать вертикальную составляющую, направленную вверх, тормозящую падение кольца. Значит, наш выбор q > 0 - правильный, ибо при q < 0 сила Лоренца раскручивает кольцо в противоположную сторону и ускоряет падение кольца лавино-образно вплоть до световой скорости, и такой вариант не имеет решения в классической физике. В нашей задаче α = 90° на любом этапе (изза горизонтально-радиального магнитного поля индукции), поэтому sin(α) = 1. На кольцо вначале действует сила Лоренца величиной FЛ = 0L∫V·B·dq = (V·B·q / L)·0L∫dq = (V·B·q / L)·L = q·V·B . При этом V = √(Vv2 + U2) . Вектор F→Л силы тоже разложим на составляющие. Вертикальная составляющая силы Fv = FЛ·sin(β) есть подъёмная сила. Тут угол β отсчитываем от горизонтали. Горизонтальная составляющая Fg = FЛ·cos(β) - раскручивает кольцо. Момент инерции кольца J = m·r2 (см Ссылка2 ) Угловое ускорение раскрутки ε = M / J = Fg·r / (m·r2) = Fg / (m·r) . Здесь M - момент раскручивающей силы. Этап2: Падающее кольцо раскрутилось до такой огромной скорости, что вертикальная составляющая силы Лоренца сравнялась с весом кольца. Но угол β ещё не достиг 90°, и поэтому горизонтальная составляющая Fg продолжает раскручивать кольцо (см рис3). Кольцо ещё движется вниз по инерции, хотя его вертикальное ускорение уже направлено вверх. Этап3: Падение прекратилось, угол β достиг 90°, изза превышения силы Лоренца над весом тела, кольцо начинает подниматься вверх ускоренно. Скорость подъёма возрастает. Изза перемены направления вертикальной составляющей скорости угол β превышает 90°. Изза этого вращение кольца замедляется, сила Лоренца медленно уменьшается. Этап4: вертикальная составляющая силы Лоренца уменьшилась и снова сравнялась с весом кольца. И снова кольцо проскакивает равновесное состояние по инерции вверх. Изза движения вверх β > 90°, и сила F→Л направлена против U→, скорость вращения кольца уменьшается, и подъём тела прекращается. Этап5: Скорость вращения кольца стала слишкой малой, кольцо снова начинает падать. Все этапы повторяются, как в маятнике. Осталось связать все упомянутые величины в систему уравнений (вероятно, получатся дифференциальные уравнения). Работы ещё много, а лимит времени сегодняшний уже истёк (У нас на ДальВостоке уже поздний вечер). Продолжу завтра, если никто не решит эту задачу к утру. |
Алексеев Владимир НиколаевичМастер-Эксперт ID: 259041 |
= общий =
28.01.2022, 03:57
После ночного отдыха я вернулся на страницу Вашей Консультации - тишина! Я посмотрел Ваше "Последнее посещение: 26.01.2022, 21:28 (1 сут. 06 час… назад)" и заподозрил, будто Вы забросили свою консультацию спустя 1 час после её создания.
Многие авторы консультаций просят помочь на нескольких порталах сразу, а потом забрасывают свои консультации, не беспокоясь о том, что эксперты-помощники тратят помногу часов на оказание помощи, и весь этот труд оказывается никому не нужен - бесполезно убитые часы жизни. Я ухожу с Вашей страницы, чтоб переключиться на более полезную работу. |
ECOПосетитель ID: 405713 |
= общий =
31.01.2022, 20:28
Спасибо большое
Вашего объяснения было вполне достаточно, чтобы дорешать задачу и получить ответ Извините,что не смог оставить комментарий раньше |