Question

Три одинаковых полосовых магнита падают в вертикальном положении одновременно с одной высоты. Первый падает свободно, второй во время падения проходит сквозь незамкнутый соленоид, а третий сквозь замкнутый соленоид. Сравнить время падения магнитов. Ответы обосновать на основании правила Ленца и закона сохранения энергии. Помогите пожалуйста решить.

Answer 1

Три одинаковых полосовых магнита падают в вертикальном положении одновременно с одной высоты. Первый падает свободно, второй во время падения проходит сквозь незамкнутый соленоид, а третий сквозь замкнутый соленоид. Сравнить время падения магнитов. Ответы обосновать на основании правила Ленца и закона сохранения энергии. Помогите пожалуйста решить.

 

Первый падает свободно-под действием силы тяжести

(ускор. св. падения =g)

Второй  падает свободно-под действием силы тяжести

(ускор. св. падения =g)

проходит сквозь незамкнутый соленоид - индукционный ток в незамкнутом контуре не образуется

Третий замедляет свое движение на входе внутри и на выходе из соленоида

магнитное поле магнита возбуждает индукционный ток в соленоиде(правило Ленца), индукционный ток порождает магнитное поле вокруг соленоида,

магнитное поле соленоида направлено против магнитного поля магнита

сила противодействия полей тормозит магнит, движение замедляется

(ускор. св. падения =g - a)

Answer 2

Закон Ленца и закон сохранения энергии в контексте падения магнитов

При решении данной задачи, мы можем использовать закон Ленца и закон сохранения энергии.

Закон Ленца утверждает, что изменение магнитного потока в проводнике вызывает индукционный ток, который создает магнитное поле, направленное таким образом, чтобы противодействовать изменению магнитного потока. Это означает, что движущийся магнит будет испытывать силу, направленную в противоположную сторону его движения.

Закон сохранения энергии утверждает, что полная энергия системы остается постоянной, если на нее не действуют внешние силы.

Сравнение времени падения магнитов

В данной задаче у нас есть три магнита, которые падают с одной и той же высоты. Первый магнит падает свободно, без воздействия внешних сил. Второй магнит проходит сквозь незамкнутый соленоид, а третий магнит проходит сквозь замкнутый соленоид.

Поскольку первый магнит падает свободно, без воздействия внешних сил, его время падения будет зависеть только от высоты, с которой он падает, и ускорения свободного падения.

Второй магнит, который проходит сквозь незамкнутый соленоид, будет испытывать силу, направленную в противоположную сторону его движения, в соответствии с законом Ленца. Эта сила будет замедлять его падение. Следовательно, время падения второго магнита будет больше, чем время падения первого магнита.

Третий магнит, который проходит сквозь замкнутый соленоид, также будет испытывать силу, направленную в противоположную сторону его движения, в соответствии с законом Ленца. Однако, в этом случае, сила будет создавать электрический ток в соленоиде, который в свою очередь создаст магнитное поле, направленное таким образом, чтобы противодействовать движению магнита. Это создаст дополнительное сопротивление для падающего магнита и замедлит его падение еще больше. Следовательно, время падения третьего магнита будет больше, чем время падения второго магнита.

Таким образом, сравнивая время падения магнитов, можно сделать вывод, что время падения первого магнита будет меньше, чем время падения второго магнита, а время падения третьего магнита будет больше, чем время падения второго магнита.

Обоснование на основании правила Ленца и закона сохранения энергии

Обоснование данного вывода можно провести, используя правило Ленца и закон сохранения энергии.

- Правило Ленца: Второй и третий магниты испытывают силу, направленную в противоположную сторону их движения, в соответствии с законом Ленца. Это создает сопротивление для их падения и замедляет их скорость. Следовательно, время падения второго и третьего магнитов будет больше, чем время падения первого магнита.

- Закон сохранения энергии: Полная энергия системы остается постоянной, если на нее не действуют внешние силы. В данном случае, второй и третий магниты испытывают силы, создаваемые законом Ленца, которые замедляют их падение. Это означает, что часть потенциальной энергии, которая должна была быть преобразована в кинетическую энергию падающих магнитов, будет преобразована в другие формы энергии, такие как электрическая энергия в соленоиде. Следовательно, у второго и третьего магнитов будет меньше кинетической энергии, чем у первого магнита, что приведет к их медленному падению.

Таким образом, на основании правила Ленца и закона сохранения энергии, можно обосновать вывод о том, что время падения первого магнита будет меньше, чем время падения второго магнита, а время падения третьего магнита будет больше, чем время падения второго магнита.