Горизонтальный металлический стержень длиной 0,5 м подвешен на проводах одинаковой длины в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл. Магнитные линии направлены вертикально. Сила тока в проводнике равна 4 А. Чему равна масса стержня, если он находится в покое, когда провода отклонены от вертикали на угол 45°?
от

1 Ответ

дано:  
Длина стержня L = 0,5 м  
Магнитная индукция B = 0,5 Тл  
Сила тока I = 4 A  
Угол отклонения проводов θ = 45°  

найти:  
Масса стержня m  

решение:  
Когда стержень находится в покое и провода отклонены на угол 45°, на него действуют три силы:  
1. Сила тяжести (mg), направленная вниз.  
2. Сила Ампера (FА), направленная в сторону.  
3. Сила натяжения в проводах (T), которая имеет компоненты как вертикально, так и горизонтально.

Сначала найдем силу Ампера:  
FА = B * I * L  
Подставляем известные значения:  
FА = 0,5 Тл * 4 A * 0,5 м  
FА = 0,5 * 4 * 0,5  
FА = 1 Н  

Теперь разложим силу натяжения T на компоненты. Вертикальная составляющая T равна T * cos(θ), а горизонтальная составляющая T равна T * sin(θ).

С учетом равновесия сил по вертикали:  
T * cos(θ) = mg   (1)

С учетом равновесия сил по горизонтали:  
T * sin(θ) = FА   (2)  

Теперь выразим T из уравнения (2):  
T = FА / sin(θ)   
Подставляем значение FА и угол θ:  
T = 1 Н / sin(45°)  
T = 1 Н / (√2 / 2)  
T = 1 Н * (2 / √2)  
T = √2 Н  

Теперь подставим значение T в уравнение (1):  
√2 * cos(45°) = mg  
√2 * (√2 / 2) = mg  
1 = mg  

Теперь выразим массу стержня:  
m = 1 / g  
Подставляем значение g ≈ 9.81 м/с²:  
m = 1 / 9.81  
m ≈ 0.102 кг  

ответ:  
Масса стержня составляет примерно 0,102 кг.
от