10.1.21. Равномерно заряженное кольцо радиуса $R$, линейная плотность заряда которого $\rho$, движется соосно аксиально-симметричному магнитному полю со скоростью $v$. Радиальная составляющая индукции магнитного поля на расстоянии $R$ от оси равна $B_R$. Определите момент сил, действующих на кольцо.
Решение
Альтернативное решение
Полный заряд кольца:
$$q=2\pi R\rho \tag{1}$$
На каждый малый элемент кольца с зарядом $dq$, движущийся со скоростью $\vec\upsilon$ вдоль оси, действует сила Лоренца:
$$d\vec F=dq\left[ \vec\upsilon\times \vec B \right] \tag{2}$$
В аксиально-симметричном поле вектор индукции имеет радиальную и осевую составляющие. Векторное произведение скорости и осевой составляющей поля равно нулю. Силу создает только радиальная составляющая. Она направлена по касательной к кольцу:
$$dF=dq\cdot\upsilon B_{R} \tag{3}$$
Каждый элемент силы $dF$ действует на плечо $R$ относительно оси вращения, создавая момент:
$$dM=R\cdot dF=dq\cdot \upsilon B_{R}R \tag{4}$$
Проинтегрировав это выражение по всему заряду кольца и используя (1), получаем ответ: