В однородном магнитном поле находится квадратная рамка, изображенная на рисунке. Ориентация стрелок показывает

Ariana

69

Чтобы определить силу, действующую на нижнюю сторону рамки в каждом из перечисленных направлений тока, мы рассмотрим закон Лоренца. Данный закон связывает силу, действующую на проводник со током в магнитном поле, с индукцией магнитного поля и направлением тока в проводнике.

Итак, давайте пошагово решим задачу для каждого из вариантов направления тока.

1) Вспомним, что сила Лоренца, действующая на проводник со током в магнитном поле, равна \(F = BIL\sin(\theta)\), где \(F\) - сила, \(B\) - индукция магнитного поля, \(I\) - сила тока, \(L\) - длина проводника, \(\theta\) - угол между направлением тока и магнитным полем.

В данном случае направление тока в верхней стороне рамки направлено вниз, а индукция магнитного поля направлена влево и перпендикулярна рамке. Тогда \(\theta = 90^\circ\), а синус угла равен 1. Также длина нижней стороны рамки равна длине верхней стороны.

Таким образом, сила, действующая на нижнюю сторону рамки вверх, равна \(F = BIL\).

2) В данном случае направление тока в верхней стороне рамки направлено вверх. Остальные параметры остаются неизменными. Так как угол \(\theta = 90^\circ\), а синус угла равен 1, то сила, действующая на нижнюю сторону рамки вниз, также равна \(F = BIL\).

3) В данном случае направление тока в верхней стороне рамки направлено влево и находится в плоскости листа. Остальные параметры остаются неизменными. Так как угол \(\theta = 0^\circ\), синус угла равен 0, и сила Лоренца также равна 0. Следовательно, на нижнюю сторону рамки не действует никакая сила.

4) В данном случае направление тока в верхней стороне рамки направлено наружу из плоскости листа. Остальные параметры остаются неизменными. В этом случае угол \(\theta = 180^\circ\), синус угла равен 1, и сила Лоренца снова равна \(F = BIL\). Следовательно, на нижнюю сторону рамки действует сила в противоположную сторону - внутрь плоскости листа.

Таким образом, ответы на задачу:

1) Сила, действующая на нижнюю сторону рамки при направлении тока вверх, равна \(F = BIL\) и направлена вверх.
2) Сила, действующая на нижнюю сторону рамки при направлении тока вниз, также равна \(F = BIL\) и направлена вниз.
3) По условию задачи на нижнюю сторону рамки не действует никакая сила, если ток в верхней стороне рамки направлен в плоскости листа.
4) Сила, действующая на нижнюю сторону рамки при направлении тока из плоскости листа, равна \(F = BIL\) и направлена в плоскость листа.

Я надеюсь, что данное пошаговое решение помогло вам понять, как определить направление силы на нижнюю сторону рамки в каждом из вариантов направления тока. Если у вас возникнут дополнительные вопросы, не стесняйтесь задавать их!