НОФ 2020, II кръг (областен), 11–12 клас — Задача 2. Магнитно задвижване

Олимпиада по физика 2020, областен кръг, тема за XI и XII клас (V състезателна група) · 23 февруари 2020 г. · 10 т.

Условие

Пръчка графит с маса $m = 10\ \mathrm{g}$ и с площ на напречното сечение $S = 1{,}0\ \mathrm{cm^2}$ е поставена върху две хоризонтални метални релси a и b, свързани съответно към положителния и отрицателния полюс на източник на постоянно напрежение $U = 12\ \mathrm{V}$, както е показано на фиг. 2(а). Дължината на пръчката е равна на разстоянието между релсите. Пръчката и релсите се намират в еднородно магнитно поле с неизвестна индукция $B$, чиято посока може да се променя. Приемете, че електричното съпротивление на релсите е пренебрежимо спрямо съпротивлението на пръчката. За да бъде изведена пръчката от равновесие, към нея се прилага външна сила, успоредна на релсите.

Когато магнитното поле е перпендикулярно на равнината на релсите, минималната сила, при която пръчката започва да се хлъзга по релсите, е $F_1 = 0{,}028\ \mathrm{N}$. Ако полето е успоредно на релсите, минималната стойност на силата е $F_2 = 0{,}064\ \mathrm{N}$.

Данни:

• земно ускорение, $g = 10\ \mathrm{m/s^2}$;
• специфично съпротивление на графита, $\rho = 5{,}0 \cdot 10^{-5}\ \Omega \cdot \mathrm{m}$.

Важно уточнение: Индуцираното в електрическата верига ЕДН поради промяна на посоката на магнитното поле или поради отместване на пръчката графит се пренебрегва.

а) Във всеки от двата случая, изобразете на чертеж всички сили, действащи на пръчката, както и посоката на магнитнота индукция на полето. Използвайте страничен изглед към релсата b, както е показано на фиг. 2(б). [3 т.]

б) Намерете големината $B$ на индукцията на полето и коефициента k на триене между пръчката и релсите. [7 т.]

Отговори

Решение

Оригинал в Архива: NOF2_2020_11-12problems.pdf · официални решения: NOF2_2020_11-12solutions.pdf