НЕСФ 2009, 11–12 клас — Задача 2. Пръчка, падаща по U-видна проводяща стойка в магнитно поле

Есенно национално състезание по физика, 31.10–1.11 2009 година, гр. Варна — Тема за 11. и 12. клас · 31 октомври 2009 г. · 10 т.

Условие

Обърната U-видна проводяща стойка е поставена вертикално върху изолаторна подложка. С два малки проводящи пръстена към стойката е прикрепена хоризонтално пръчка с дължина $L = 10$ cm, маса $m = 10$ g и съпротивление $R = 4.10^{-3}$ Ω. Опитната постановка се намира в еднородно магнитно поле с индукция $B = 0{,}2$ T, насочена перпендикулярно на равнината на U-видната стойка (фиг. 3). В началния момент пръчката е неподвижна. След това тя се спуска надолу под действие на силата на тежестта и през нея протича електричен ток. Електричното съпротивлението на стойката и на пръстените се пренебрегва. Пръстените се хлъзгат по стойката без триене, като запазват електрическия контакт с нея. Земното ускорение е $g = 10$ m/s$^2$.

а) Каква е причината за протичане на електричен ток и как може да се определи неговата посока? Обяснете с 5-6 реда. [2 т.]

б) Определете посоката на тока. [1 т.]

в) Определете ускорението $a$ на пръчката, когато токът е $I = 3$ A. [2 т.]

г) С течение на времето пръчката достига постоянна скорост $v$. Получете формула за $v$ и пресметнете нейната числена стойност. [3 т.]

д) Нека пръчката се движи време $t$ с достигнатата постоянна скорост $v$. Покажете с непосредствено пресмятане, че отделеното в пръчката за това време количество топлина е равно на намаляването на нейната гравитационна потенциална енергия за същото време. [2 т.]

Отговори

Решение

---

Оригинал в Архива: esenni_2009_11-12problems.pdf · официални решения: esenni_2009_11-12solutions.pdf