Zadanie 9.2, czerwiec 2021: fizyka rozszerzona

Informacja do zadań 9.1–9.2

Na dwóch przewodzących sztywnych drutach wisi poziomo miedziany pręt o masie $m = 240 \text{ g}$ i długości $l = 120 \text{ cm}$

Zapisz zadanie

Darmowe konto pozwoli wrócić do niego później.

. Do końców obu drutów przyłożono stałe napięcie

U = 6 \text{ V}

. Wiszący pręt znajduje się w jednorodnym zewnętrznym polu magnetycznym o wartości indukcji magnetycznej

B = 0,5 \text{ T}

. Wektor indukcji

\vec{B}

tego pola jest prostopadły do płaszczyzny rysunku, ze zwrotem za tę płaszczyznę (zobacz rysunek). Całkowity opór elektryczny opisanego obwodu wynosi

R = 1,5 \text{ Ω}

. Elementy, na których zawieszono druty, nie przewodzą prądu.

Obszar pola magnetycznego zaznaczono na rysunku prostokątem obramowanym linią przerywaną. Na rysunku oznaczono także biegunowość napięcia (" $+$ " i " $-$ ") oraz przyśpieszenie ziemskie $\vec{g}$ . Przyjmij do obliczeń przyśpieszenie ziemskie $g = 9,81 \text{ m/s}^2$ .

Pomiń wpływ pola magnetycznego pochodzącego od prądów płynących w obwodzie. Doświadczenie opisujemy w układzie inercjalnym.

Polecenie

Oblicz wartość pionowej składowej siły oddziaływania jednego drutu na miedziany pręt.

Pomiń wpływ pola magnetycznego pochodzącego od prądów płynących w obwodzie.

Sprawdź rozwiązanieUkryj rozwiązanieKlucz CKE i punktacja

Zanim porównasz z kluczem

Jak poszło Ci z tym zadaniem?

Wybierz ocenę: zapisze wynik i od razu oznaczy zadanie jako zrobione.

Łatwe Średnie Trudne

Zapis wymaga darmowego konta. Załóż konto

Maturownik+

Sprawdź swoje rozwiązanie

Ocena według schematu punktowania CKE, zwykle w 15–30 s

Dowiedz się, ile punktów naprawdę zdobywasz. Zrób zdjęcie kartki albo wklej odpowiedź: Maturownik+ porówna ją ze schematem punktowania, policzy punkty i wytłumaczy, gdzie i dlaczego je tracisz.

Punkty według schematu
Konkretne miejsca utraty punktów
Błędy zapisane do powtórki

Załóż konto i sprawdź odpowiedź

Odpowiedź z klucza CKE

Siłę oddziaływania jednego drutu (siłę reakcji drutu) na pręt oznaczymy jako $F_r$ . Oprócz tego na pręt działa siła elektrodynamiczna (skierowana w dół) oraz siła grawitacji. Pręt spoczywa w układzie inercjalnym, zatem siła wypadkowa działająca na pręt wynosi zero:

$F_r + F_r + F_g + F_{ed} = 0$

Schemat punktowania

3 pkt

poprawna metoda obliczenia siły, z jaką drut działa na pręt, oraz prawidłowy wynik liczbowy z jednostką.

2 pkt

poprawne zapisanie warunku równowagi wszystkich sił działających na pręt, łącznie z uwzględnieniem wzoru na siłę elektrodynamiczną, siłę grawitacji oraz związku między napięciem a natężeniem prądu i oporem obwodu.

1 pkt

poprawne zapisanie warunku równowagi wszystkich sił działających na pręt LUB poprawna metoda obliczenia wartości siły elektrodynamicznej działającej na pręt oraz prawidłowy wynik liczbowy z jednostką: $F_{ed} = 2,4 \text{ N}$

Umiejętności w zadaniu

(zapis wektorowy)

$F_r + F_r = F_g + F_{ed}$ (zapis na wartościach sił)

Wykorzystamy wzór na siłę elektrodynamiczną, siłę grawitacji oraz związek między napięciem a natężeniem prądu:

$F_{ed} = I l B$ , $F_g = m g$ , $I = \frac{U}{R}$

Zatem:

$F_r = \frac{1}{2} \cdot (m g + \frac{U l B}{R})$

$F_r = \frac{1}{2} \cdot (0,24 \text{ kg} \cdot 9,81 \text{ N/kg} + \frac{6 \text{ V} \cdot 1,2 \text{ m} \cdot 0,5 \text{ T}}{1,5 \text{ Ω}}) = 2,377 \text{ N} \approx 2,38 \text{ N}$

.