Ускорение горизонтального стержня без трения в магнитном поле
Каково ускорение горизонтального стержня без трения, массой m и длиной l, который скользит по двум вертикальным
Каково ускорение горизонтального стержня без трения, массой m и длиной l, который скользит по двум вертикальным стержням, соединенным внизу конденсатором емкостью C? При этом имеется однородное магнитное поле B, перпендикулярное плоскости падения стержня. В расчете необходимо пренебречь электрическим соединением образованной цепи, а также учесть присутствие силы тяжести g, обусловленной полем тяготения Земли. Каков будет ход решения?
19.12.2023 00:06
Написать свой ответ:
Объяснение: Ускорение горизонтального стержня без трения, скользящего по вертикальным стержням в магнитном поле, можно рассчитать с помощью закона Лоренца и второго закона Ньютона.
Сила Лоренца, действующая на заряженную частицу в магнитном поле, определяется как: F = qvB, где F - сила, q - заряд частицы, v - скорость частицы и B - магнитная индукция. В данном случае заряд частицы равен q = C * U, где C - емкость конденсатора, а U - напряжение на конденсаторе.
Из второго закона Ньютона известно, что сила, действующая на тело, равна произведению его массы на ускорение: F = m * a.
Учитывая, что сила Лоренца и сила, вызванная тяжестью тела, направлены в противоположные стороны, мы можем записать уравнение m * a = qvB - mg, где m - масса стержня, a - ускорение стержня, g - ускорение свободного падения.
Разделив обе части уравнения на массу стержня m, мы получаем выражение для ускорения стержня a = (qvB - mg) / m.
Ход решения:
1. Записываем выражение для ускорения стержня: a = (qvB - mg) / m.
2. Подставляем значение заряда q = C * U, где C - емкость конденсатора, U - напряжение на конденсаторе.
3. Подставляем значение ускорения свободного падения g.
4. Выражаем ускорение стержня a.
Доп. материал:
Пусть масса стержня m = 2 кг, длина стержня l = 1 м, емкость конденсатора C = 3 Ф, напряжение на конденсаторе U = 5 В, магнитная индукция B = 0.5 Тл. Найдем ускорение стержня.
Выполняем подстановку всех известных значений в формулу и вычисляем значение ускорения стержня.
Совет: Для лучего понимания решения данной задачи рекомендуется ознакомиться с основами физики, включая закон Лоренца и второй закон Ньютона. Также стоит освежить знания об электрических цепях, емкости конденсаторов и магнитной индукции.
Упражнение:
1. Масса горизонтального стержня без трения, скользящего по двум вертикальным стержням, составляет 2 кг, длина стержня - 1 м, емкость конденсатора - 5 Ф, напряжение на конденсаторе - 12 В, магнитная индукция - 0.8 Тл. Чему будет равно ускорение стержня?
2. Масса стержня составляет 3 кг, длина стержня - 0.5 м, емкость конденсатора - 2 Ф, напряжение на конденсаторе - 8 В, магнитная индукция - 0.4 Тл. Чему будет равно ускорение стержня?