Updated 9.2.13-9.2.17 solutions

astrosander edited
revision #11394 parent #10993 GitHub 89c90ca ← older newer →
@@ -1,46 +1,40 @@
−<html>
− <head>
− <title>Решебник Савченко</title>
−
− <meta name="keywords" content="решение, савченко, оливер, яковлевич, о.я., сборник задач по физике, решебник">
− <meta name="description" content="Решение задачника Савенко О.Я.">
− <meta http-equiv="content-language" content="ru">
− <meta charset="utf-8">
− <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
− <meta property="og:title" content="Решебник Савченко"/>
− <meta property="og:image" content="img/logo.png">
− <meta property="og:description" content="Сайт с решениями задач из сбоника задач Савенко О.Я.">
− <meta name="yandex-verification" content="6cfda41f74038368" />
+<!DOCTYPE html>
+<html lang="ru">
− <link rel="stylesheet" type="text/css" href="../../css/css-latex/style.css">
− <link rel="icon" href="../../img/logo.png" type="image/png" />
−
− <script src="../../js/jquery-1.10.1.min.js"></script>
−
− <script type="text/javascript" async
− src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.7/MathJax.js?config=TeX-MML-AM_CHTML">
− </script>
−
− <!-- MathJax configuration -->
− <script type="text/x-mathjax-config">
− MathJax.Hub.Config({
− extensions: ['tex2jax.js'],
− jax: ['input/TeX','output/HTML-CSS'],
− tex2jax: {
− inlineMath: [ ['$','$'], ['\\(','\\)'] ],
− processEscapes: true,
− processClass: 'tex2jax',
− ignoreClass: 'html'
− },
− showProcessingMessages: false,
− messageStyle: 'none'
− });
− </script>
− </head>
−
− <body style="">
− <div class="container row">
− <div class="col flash"> <header class = "margin-main" style="text-align:center;">
+<head>
+ <meta charset="utf-8">
+ <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
+ <meta http-equiv="content-language" content="ru">
+ <meta name="keywords" content="решение, савченко, оливер, яковлевич, о.я., сборник задач по физике, решебник">
+ <meta name="description" content="Определите индукцию магнитного поля прямоугольной рамки a \times b с током I в точке A, находящейся на расстоянии r, много большем линейных размеров рамки. Радиус-вектор \vec{r} образует с плоскостью рамки угол \alpha">
+ <meta name="author" content="Aliaksandr Melnichenka">
+ <meta name="date" content="2023-10" scheme="YYYY-MM">
+ <meta property="og:title" content="Определите индукцию магнитного поля прямоугольной рамки a \times b с током I в точке A, находящейся на расстоянии r, много большем линейных размеров рамки. Радиус-вектор \vec{r} образует с плоскостью рамки угол \alpha">
+ <meta property="og:image" content="img/logo.png">
+ <meta property="og:description" content="Определите индукцию магнитного поля прямоугольной рамки a \times b с током I в точке A, находящейся на расстоянии r, много большем линейных размеров рамки. Радиус-вектор \vec{r} образует с плоскостью рамки угол \alpha">
+ <meta name="yandex-verification" content="6cfda41f74038368">
+ <title>Определите индукцию магнитного поля прямоугольной рамки a \times b с током I в точке A, находящейся на расстоянии r, много большем линейных размеров рамки. Радиус-вектор \vec{r} образует с плоскостью рамки угол \alpha</title>
+ <link rel="stylesheet" href="https://savchenkosolutions.com/css/css-latex/style.css">
+ <link rel="icon" href="https://savchenkosolutions.com/img/logo.png" type="image/png">
+ <script src="https://savchenkosolutions.com/js/jquery-1.10.1.min.js"></script>
+ <script async src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.7/MathJax.js?config=TeX-MML-AM_CHTML"></script>
+ <script type="text/x-mathjax-config">
+ MathJax.Hub.Config({
+ extensions: ['tex2jax.js'],
+ jax: ['input/TeX', 'output/HTML-CSS'],
+ tex2jax: {
+ inlineMath: [['$', '$'], ['$', '$']],
+ processEscapes: true,
+ processClass: 'tex2jax',
+ ignoreClass: 'html'
+ },
+ showProcessingMessages: false,
+ messageStyle: 'none'
+ });
+ </script>
+</head>
+ <body style="">
+ <header style="text-align:center;">
<a href="../../" style="text-decoration: none;">
<div id="logo">
<span><img src="../../img/book.png"></span><span>Savchenko Solutions</span>
@@ -50,86 +44,103 @@
Solutions&nbsp;of&nbsp;Savchenko Problems&nbsp;in&nbsp;Physics <br>
<i><b>knowledge must be free</b></i>
</p>
− </header>
− </div>
−
− <div id="main" class="col col-lg-9">
− <div class="row">
− <div class="col caption">
− <h2>
− <a href="../../ru#9.2">←Назад</a>
− </h2>
− </div>
− </div>
+ </header>
+ <h3 id="back-link"><a href="../../ru#9.2">$\leftarrow$Назад</a></h3>
− <div id="1" class="row odd">
+ <h3> Условие </h3>
+ <p>
+ $9.2.17^*.$ Определите индукцию магнитного поля прямоугольной рамки $a \times b$ с током $I$ в точке $A$, находящейся на расстоянии $r$, много большем линейных размеров рамки. Радиус-вектор $\vec{r}$ образует с плоскостью рамки угол $\alpha$
+</p>
+<center>
+ <figure>
+ <img src="statement.png"
+ loading="lazy" width="230" />
+ <figcaption>
+ К задаче $9.2.17^*$
+ </figcaption>
+ </figure>
+</center>
+<p>
+ </p>
− <div class="col col-lg-12">
− <h3>
− Условие:
− </h3>
− <div class="task">
− <p>
− \(9.2.17^*.\)
− Определите индукцию магнитного поля прямоугольной рамки $a \times b$ с током $I$ в точке $A$, находящейся на расстоянии $r$, много большем линейных размеров рамки. Радиус-вектор $\vec{r}$ образует с плоскостью рамки угол $\alpha$
− </p>
−
− <div class="StatementDiv">
− <img class="Statement" src="statement.png">
− </div>
− </div>
− <hr>
− <h3>
− Решение:
− </h3>
+ <h3>Решение</h3>
+ <p>
− <div class="solutions">
− <p class="TxtSolutions">
− Распишем косинусы углов, которые составляет $\vec{r}$ с проводами длины $b$
−пусть угол $\alpha_1$ будет до ближайшего провода, а угол $\alpha_2$ будет для дальнего, тогда <br><br>
−$\cos(\alpha_1) $$= \frac{{2r\cos\alpha} - a}{2r} $$= \cos\alpha - \frac{a}{2r}$ <br><br>$\cos(\alpha_2) = \frac{{2r\cos\alpha} + a}{2r} $$= \cos\alpha + \frac{a}{2r}$<br><br>
−Из симметрии следует, что индукция м/п будет присутствовать только в плоскости, заданной углом $\alpha$ <br><br>
−
− </p>
− </div>
+</p>
+<center>
+ <figure>
+ <img src="9.2.17_1.png" id="drawing"
+ loading="lazy" width="350" />
+ <figcaption>
+Направление суммарной магнитной индукции
+ </figcaption>
+ </figure>
+</center>
+<p>
− <h3>
− Ответ: $\fbox{$\frac{\mu_0 M}{2\pi h^3}$}$
−
− </h3>
− </div>
+Из симметрии следует, что индукция магнитного поля будет присутствовать только в плоскости, заданной углом $\alpha$, т.к. компоненты провода длинны $a$, будут компенсировать друг друга</p><p>
+Распишем косинусы углов, которые составляет $\vec{r}$ с проводами длины $b$
+пусть угол $\alpha_1$ будет до ближайшего провода, а угол $\alpha_2$ будет для дальнего, тогда </p><p>
− </div>
+$$\cos\alpha_1 = \frac{{2r\cos\alpha} - a}{2r} = \cos\alpha - \frac{a}{2r}$$
+$$\cos\alpha_2 = \frac{{2r\cos\alpha} + a}{2r} = \cos\alpha + \frac{a}{2r}$$
+<b><i>Теоретическое отступление</i></b>
+</p>
+<center>
+ <figure>
+ <img src="9.2.17_2.png"
+ loading="lazy" width="140" />
+ <figcaption>
+Магнитная индукция, создаваемая проводом длины $l$
+ </figcaption>
+ </figure>
+</center>
+<p>
+Магнитный провод длины $l$ создаёт магнитное поле равное
+$$B=\frac{\mu_0I}{2\pi r}\cos\alpha_0$$
+Из геометрии задачи, получаем
+$$\cos\alpha_0 = \frac{b/2}{\sqrt{r^2+b^2/4}} = \frac{b}{2r}\left(1+\frac{b^2}{4r^2}\right)^{1/2}$$
+Используя приближение $(1+x)^\alpha\approx1+\alpha x$, преобразуем до слагаемов первого порядка малости
+$$\cos\alpha_0 = \frac{b}{2r}\left(1-\frac{b^2}{8r^2}\right)\approx\frac{b}{2r}$$
+Более подробный вывод этой формулы на 76-78 страницах <a href="http://belpho.org/books/Magnitostatika.pdf">"Магнитостатика. Электродинамика. Теория колебаний"</a> — А.И.Слободянюка
+Откуда, получаем
+$$\boxed{B_0=B_1=B_2=\frac{\mu_0Ib}{4\pi r^2}}$$
+NO: мы использовали приблежение, котоое в дальнейшем нам даст ответ с точностью до первого порядка</p><p>
+Из <a href="#drawing">рисунка</a> следует, что полная магнитная индукция магнитного поля $\vec{B}$ будет равняться векторной сумме компонент $\vec{B}_1$ и $\vec{B}_2$
+$$\vec{B}=\vec{B}_1+\vec{B}_2$$
+Тогда модуль вектора можно будет найти по теореме косинусов
+$$B = \sqrt{B_1^2+B_2^2-2B_1B_2\cos\Delta\alpha}$$
+$$B = B_0\sqrt{2-2\cos\Delta\alpha} = 2B_0\sin\frac{\Delta\alpha}{2}\quad(1)$$
+Учитывая, малость угла $\Delta \alpha$,
+ $$\sin\frac{\Delta\alpha}{2} \approx \frac{\Delta\alpha}{2}=\frac{a}{2r}$$
+ Подставляем $(1)$:
+$$B = 2B_0\sin\frac{\Delta\alpha}{2} = B_0 \Delta\alpha$$
+ Получаем в приближении до первого порядка:
+ $$\boxed{B = \frac{\mu_0Ib}{4\pi r^2}\frac{a}{r} = \frac{\mu_0M}{4\pi r^3}}$$
+ Если при решении задачи, Вам удалось получить ответ до второго порядка, будьте первым, кто пришлёт решение на <a href="mailto:alex@savchenkosolutions.com" target="_blank">alex@savchenkosolutions.com</a>
+ </p>
−
−
−
− </div>
− <p style="text-align: right; font-style: italic; font-size: 14;">
+ <h4>Ответ</h4>
+ <p>
+ $$B=\mu_0M\sqrt{1+3\sin^2\alpha} /(4\pi r^3), ~M=Iab$$
+ </p>
+ <p style="text-align: right; font-style: italic; font-size: 14;">
Aliaksandr Melnichenka<br>
+ Andrei Yersh<br>
</p>
− <footer class="row container">
+
+
+ <footer class="row container">
<br>
<p>
<small> © <strong>Savchenko Solutions</strong>, 2023-2024 <br></small>
</p>
<p>
<small>Все права принадлежат авторам. <br> Коммерческое использование материалов — с письменного разрешения авторов. <br> alex@savchenkosolutions.com <br></small>
</p>
</footer>
+ </body>
− <script type="text/javascript" src="../../js/bootstrap-affix.js"></script>
− <script type="text/javascript">
− $(function(){
− setTimeout(function () {
− $('.back-to-top').affix();
− }, 100);
−
− });
− </script>
−
−
− </body>
</html>