«МАШИНА ВРЕМЕНИ»

Этот занятный опыт можно использовать не только, как красивую иллюстрацию явления электромагнитной индукции, но и как эффективное средство создания проблемной ситуации при изучении данного явления. «Машина» представляет собой толстостенную латунную трубу длиной 1,2 м, украшенную для привлекательности флюоресцирующим орнаментом. Объектом для «временной телепортации» служит «сильный» постоянный магнит в форме цилиндра, который может свободно перемещаться в полости трубы. Для проведения опыта нужно еще одно вспомогательное немагнитное тело, размеры и форма которого такие же, как у магнита. Магнит окрашен в красный цвет, а вспомогательное тело - в голубой.

Трубу располагают над демонстрационным столом в вертикальном положении, причем её нижний конец должен находиться над столешницей на высоте 20-30 см. Для установки трубы используют лабораторный штатив, причем зажимающая трубу лапка штатива должна быть дюралюминиевой. Если же труба будет закреплена в стальной лапке, то в ходе демонстрации магнит притянется к ней и опыт не удастся.

Опыт начинают с показа обоих тел: красного и голубого. Касанием тел о трубу, демонстрируют, что между трубой и каждым из этих тел нет заметного силового взаимодействия. Затем, поочередно просунув каждое из этих тел в полость трубы, но, не выпустив их из руки, показывают, что эти тела могут свободно (с зазором) входить в трубу.

Сначала в верхнее отверстие трубы вставляют и отпускают голубое тело. Через доли секунды оно, пролетев сквозь трубу, выпадает из ее нижнего отверстия. Продолжительность падения этого тела в трубе такая же, как при его свободном падении вне трубы.

Затем в трубу опускают красное тело (рис. 112). И лишь спустя четыре секунды это тело медленно «выползает» из нижнего отверстия. Продолжительность перемещения в трубе красного тела приблизительно в восемь раз больше, чем у голубого тела!

Причиной медленного падения магнита в трубе является электромагнитная индукция. Сначала магнит двигается с ускорением под действием лишь силы тяжести. Но, как только он стал двигаться в трубе, в толще ее стенок индуцировался вихревой электрический ток (ток Фуко). В соответствии с правилом Ленца этот ток направлен так, чтобы образуемое им магнитное поле воспрепятствовало (силой Ампера) изменению (сначала возрастанию, а затем убыванию) породившего его поля магнита. Таким образом, магнит в трубе двигается под действием пары противоположно направленных и равных по модулю сил: силы тяжести и силы Ампера. Силой трения движущегося магнита о воздух можно пренебречь.

Поскольку результирующая действующих на магнит сил равна нулю, то, в соответствии с первым законом Ньютона,

Падение магнита в трубе

Рис. 112. Падение магнита в трубе

магнит в трубе перемещается с постоянной скоростью, приобретенной в начале движения. Величина этой скорости определяется рядом факторов, наиболее значимые из которых: плотность материала магнита, величина его магнитного потока, толщина стенок трубы и удельное электрическое сопротивление материала, из которого она изготовлена.

Следует упомянуть, что силовое взаимодействие магнита и трубы возникает лишь при их относительном перемещении. Если же они неподвижны, то взаимодействия между ними нет. Именно поэтому в начале опыта притрагиваются магнитом к трубе, демонстрируя отсутствие видимого взаимодействия между ними. Поэтому наблюдатель, не знакомый с явлением электромагнитной индукции, вряд ли догадается, что красное тело является магнитом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >