Горизонтальный проводящий стержень прямоугольного сечения поступательно движется с ускорением вверх по гладкой наклонной плоскости в вертикальном однородном магнитном поле (рис. 189). По стержню протекает ток. Угол наклона плоскости а - 30°. Отношение массы стержня к его длине 0,1 кг/м. Модуль индукции магнитного поля 0,2 Тл. Ускорение стержня 1,9 м/с2. Чему равна сила тока в стержне?
от

1 Ответ

Дано:
- Угол наклона плоскости α = 30°.
- Отношение массы стержня к его длине: m/L = 0,1 кг/м.
- Модуль индукции магнитного поля B = 0,2 Тл.
- Ускорение стержня a = 1,9 м/с².

Необходимо найти силу тока I в стержне.

Решение:

1. Найдем массу стержня. Пусть длина стержня L. Тогда масса стержня будет:
   m = (m/L) * L = 0,1 * L кг.

2. Силы, действующие на стержень:
   - Сила тяжести: F_т = m * g, где g = 9,8 м/с² (ускорение свободного падения).
   - Нормальная сила N.
   - Сила, действующая со стороны магнитного поля: F_м = I * L * B * sin(α), где I — сила тока.

3. Проектируем силы на ось наклонной плоскости:
   Сила тяжести можно разложить на компоненты:
   - Перпендикулярно наклонной плоскости: F_т, перпен = m * g * cos(α).
   - Параллельно наклонной плоскости: F_т, паралл = m * g * sin(α).

   Подставим значения:
   F_т, перпен = 0,1 * L * 9,8 * cos(30°) = 0,1 * L * 9,8 * (√3/2).
   F_т, паралл = 0,1 * L * 9,8 * sin(30°) = 0,1 * L * 9,8 * (1/2).

4. Равновесие сил вдоль наклонной плоскости:
   Сумма сил вдоль наклонной плоскости равна массе стержня, умноженной на его ускорение:
   F_м - F_т, паралл = m * a.

   Подставим F_м и F_т, паралл:
   I * L * B * sin(30°) - (0,1 * L * 9,8 * (1/2)) = (0,1 * L) * a.

   Упростим уравнение:
   I * L * 0,2 - 0,1 * L * 4,9 = 0,1 * L * 1,9.

5. Сократим L (при условии L ≠ 0):
   I * 0,2 - 0,1 * 4,9 = 0,1 * 1,9.

   Переносим все известные величины в правую часть:
   I * 0,2 = 0,1 * 4,9 + 0,1 * 1,9.

   Подсчитаем правую часть:
   0,1 * 4,9 + 0,1 * 1,9 = 0,49 + 0,19 = 0,68.

   Тогда получаем:
   I * 0,2 = 0,68.

6. Находим I:
   I = 0,68 / 0,2 = 3,4 A.

Ответ:
Сила тока I в стержне равна 3,4 A.
от