Шарик массой 1 г с зарядом 1 мКл, подвешенный на нити длиной 0,5 м, находится в вертикальном магнитном поле с индукцией 3 Тл и движется в нем по окружности так, что нить составляет с вертикалью угол 60°. Найдите угловую скорость шарика.
от

1 Ответ

Дано:
m = 1 г = 0.001 кг (масса шарика)  
q = 1 мКл = 1 * 10^-3 Кл (заряд шарика)  
L = 0.5 м (длина нити)  
B = 3 Тл (магнитная индукция)  
угол = 60° (угол между нитью и вертикалью)

Найти: угловую скорость шарика ω.

Решение:

1. Найдем силы, действующие на шарик.

Сила тяжести Fg:

Fg = m * g  
Fg = 0.001 кг * 9.81 м/с^2  
Fg ≈ 0.00981 Н

Сила натяжения нити T можно разложить на две составляющие:

T_y = T * cos(угол)  
T_x = T * sin(угол)

Где T_y равна силе тяжести, а T_x равна магнитной силе. Сила магнитной силы, действующая на шарик, равна:

Fm = q * v * B

2. Уравновесим силы:

T_y = Fg  
T * cos(60°) = 0.00981 Н

Следовательно:

T = 0.00981 Н / cos(60°)  
T = 0.00981 Н / 0.5  
T ≈ 0.01962 Н

3. Теперь найдем магнитную силу:

Fm = T_x = T * sin(60°)  
Fm = 0.01962 Н * sin(60°)  
Fm ≈ 0.01962 Н * 0.866  
Fm ≈ 0.017

4. Применим формулу для магнитной силы:

Fm = q * v * B

Заменим v на v = ω * r, где r - радиус окружности:

Fm = q * (ω * r) * B

5. Найдем радиус окружности r. Он равен:

r = L * sin(угол)  
r = 0.5 м * sin(60°)  
r ≈ 0.5 м * 0.866  
r ≈ 0.433 м

6. Теперь подставим r в уравнение для магнитной силы:

0.017 Н = (1 * 10^-3 Кл) * (ω * 0.433 м) * (3 Тл)

7. Найдем ω:

ω = 0.017 Н / (1 * 10^-3 Кл * 3 Тл * 0.433 м)  
ω = 0.017 / (1.299 * 10^-3)  
ω ≈ 13.1 рад/с

Ответ: угловая скорость шарика ω ≈ 13.1 рад/с.
от