Задание 8AB5C4: Электромагнитная индукция

1. Система отсчёта связана с неподвижной катушкой. Ox направим влево от катушки к кольцу, Oy — вверх. На кольцо действуют тяжесть mg вниз, натяжения двух нитей T₁ и T₂ к точкам подвеса и магнитная сила F_A. До изменения тока кольцо покоится; постоянный магнитный поток не создаёт в нём индукционного тока.
2. По оригинальной схеме к катушке присоединён верхний конец реостата, а к источнику — ползунок. При резком сдвиге ползунка вверх длина работающего участка и его сопротивление уменьшаются. Подстановка в закон Ома I = ℰ÷(r + R_кат + R_р): ток катушки возрастает после переходного процесса. Вместе с ним начинает возрастать магнитный поток через медное кольцо.
3. По закону Фарадея возникает ЭДС и ток в замкнутом кольце. По правилу Ленца собственное поле кольца противодействует росту потока катушки, поэтому их обращённые друг к другу стороны действуют как одноимённые магнитные полюса. Кольцо отталкивается от катушки. По второму закону Ньютона в начальный момент, когда горизонтальные проекции симметричных натяжений компенсируются:
ma_x = F_A > 0,
ma_y = T₁ cos α₁ + T₂ cos α₂ − mg = 0.
Здесь α₁ и α₂ — малые углы нитей с вертикалью в исходном положении. Поэтому начальное ускорение направлено влево, от катушки.
4. Проверка. Если бы рабочее сопротивление увеличили, ток и поток уменьшались бы: ток кольца поддерживал бы исходное поле и кольцо сначала притянулось бы. В данной схеме движение ползунка противоположное. После установления постоянного тока в неподвижной системе индукционная ЭДС исчезает; отталкивание не продолжается бесконечно. Медь не является ферромагнетиком, поэтому объяснение обычным притяжением железа к магниту неприменимо.

Ответ: кольцо начнёт отталкиваться от катушки, влево на рисунке.