Проводящий стержень лежит на горизонтальной поверхности перпендикулярно однородному горизонтальному магнитному полю с индукцией 0,2 Тл. Какую силу в горизонтальном направлении нужно приложить перпендикулярно проводнику для его равномерного поступательного движения? Сила тока в проводнике равна 10 А, масса проводника 100 г, его длина 25 см, коэффициент трения 0,1. Сделайте рисунок еще, пожалуйста

Для решения задачи необходимо учитывать несколько физических явлений: действие силы Лоренца на проводник с током в магнитном поле и силу трения, которая препятствует движению.

Дано:

• Индукция магнитного поля $B = 0,2 \, \text{Тл}$
• Сила тока в проводнике $I = 10 \, \text{А}$
• Масса проводника $m = 100 \, \text{г} = 0,1 \, \text{кг}$
• Длина проводника $l = 25 \, \text{см} = 0,25 \, \text{м}$
• Коэффициент трения $\mu = 0,1$

Требуется найти:

Силу $F_{\text{прил}}$, которую нужно приложить к проводнику, чтобы он двигался равномерно.

Решение:

1. Сила трения: Сила трения определяется по формуле:

   $$F_{\text{тр}} = \mu N$$

   где $N$ — нормальная сила, которая равна весу проводника:

   $$N = mg$$

   где $g \approx 9,81 \, \text{м/с}^2$ — ускорение свободного падения.

   Подставим значения:

   $$N = 0,1 \times 9,81 = 0,981 \, \text{Н}$$

   Тогда сила трения:

   $$F_{\text{тр}} = 0,1 \times 0,981 = 0,0981 \, \text{Н}$$

2. Сила Лоренца: Сила Лоренца действует на проводник с током в магнитном поле и направлена перпендикулярно магнитному полю и проводнику. Эта сила определяется по формуле:

   $$F_{\text{Л}} = I l B$$

   Подставим значения:

   $$F_{\text{Л}} = 10 \times 0,25 \times 0,2 = 0,5 \, \text{Н}$$

   Эта сила направлена перпендикулярно проводнику и магнитному полю.

3. Равновесие сил: Для равномерного поступательного движения приложенная сила $F_{\text{прил}}$ должна компенсировать сумму силы трения и силы Лоренца. Так как обе эти силы действуют в противоположных направлениях, полная сила, которую нужно приложить, будет:

   $$F_{\text{прил}} = F_{\text{тр}} + F_{\text{Л}}$$

   Подставим значения:

   $$F_{\text{прил}} = 0,0981 + 0,5 = 0,5981 \, \text{Н}$$

Ответ:

Чтобы проводник двигался равномерно, нужно приложить силу $F_{\text{прил}} \approx 0,6 \, \text{Н}$ в горизонтальном направлении перпендикулярно проводнику.

Рисунок:

На рисунке можно изобразить проводник, лежащий на горизонтальной поверхности, перпендикулярный линии магнитного поля. Вектора силы Лоренца, силы трения и приложенной силы будут указаны перпендикулярно друг другу, как показано ниже.

scss
  F_Л (сила Лоренца)
  ↑
  │
  ────────── Проводник ────────── B (магнитное поле направлено внутрь страницы)
  │
  ↓
  F_тр (сила трения)
  → F_прил (приложенная сила)

Этот рисунок иллюстрирует направление всех сил, действующих на проводник.