Пример 27. На горизонтальном столе лежит прямой проводник длиной 60 см и массой 40 г. В области стола создано однородное вертикальное магнитное поле. На рисунке показаны сечение проводника, направление тока и вектор магнитной индукции. Если через проводник пропускать достаточно большой ток, то проводник скользит по столу, двигаясь поступательно. Какова индукция магнитного поля, если при силе тока 10 А проводник движется равномерно? Коэффициент трения между проводником и поверхностью стола равен 0,3. Сделайте схематичный рисунок с указанием сил, действующих на проводник.
Ответ: ____ Тл.
С данным заданием справляется примерно 90% выпускников из группы 4 (участники, набравшие от 43 до 53 первичных баллов (81–100 тестовых баллов)).
Источник (https://web-physics.ru/smf/index.php?msg=104): Демидова М.Ю., Грибов В.А. Методические рекомендации для учителей, подготовленные на основе анализа типичных ошибок участников ЕГЭ 2021 года по физике //Педагогические измерения. - 2021. - № 4. - С. 132-150.
Решение. На скользящий проводник с током действуют следующие силы: сила тяжести m·g, силы реакции опоры N, сила трения Fтр и сила Ампера FA (рис.). Направление силы Ампера определили по правилу левой руки: располагаем ладонь левой руки навстречу вектору B магнитной индукции — вниз, четыре вытянутых пальца по направлению тока — от наблюдателя, тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера — вправо.
Так как проводник движется равномерно, то из второго закона Ньютона получаем
\[ m \cdot \vec{g}+\vec{N}+\vec{F}_A+\vec{F}_{\text{тр}}=0 \].
\[ 0X:\ \ F_A-F_{\text{тр}}=0,\ \ F_A=F_{\text{тр}}, \]
\[ 0Y:\ \ -m \cdot g+N=0,\ \ N=m \cdot g, \]
где FA = I·B·l (так как проводник перпендикулярен вектору магнитной индукции, то угол α = 90º, sin 90º = 1), Fтр = μ·N = μ·m·g. Тогда
\[ I \cdot B \cdot l=\mu \cdot m \cdot g,\ \ B=\frac{\mu \cdot m \cdot g}{I \cdot l}, \]
В = 0,02 Тл.
Ответ: 0,02 Тл.