A 0.250-H inductor carries a time-varying current given by the expression I=4sin2t Find an expression for the induced emf as a function of time. Graph the current and induced emf as functions of time for to (b) What is the maximum emf? What is the current when the induced emf is a maximum? (c) What is the maximum current? What is the induced emf when the current is a maximum?

Показать ответ

Ответ:

katerina200219v

08.12.2020 01:52

Для начала, оценим ситуацию практически.

Студент от начала состава вглубь него несколько десятков метров. Значит, в тот момент времени, когда он увидел в окне окончание проезжаемого моста, т.е. через t = 15

секунд от начала отсчёта времени – нос электрички уже был высунут за пределы моста на эти самые несколько десятков метров. Т.е. понятно, что нос электрички достиг окончания моста МЕНЕЕ ЧЕМ ЗА

секунд!

В то же время, понятно, что в самом начале отсчёта времени – студент находился вприжимку к носу электрички (внутри неё), а значит, она начала въезжать на мост как раз в начале отсчёта времени.

Теперь, рассчитаем задачу строго, по законам физики:

Согласно принципу относительности Галилея: «для того, чтобы найти вектор скорости тела относительно земли, нужно к вектору его скорости относительно транспорта прибавить вектор скорости транспорта».

В частности, в случае движения вдоль одной линии, принцип Галилея упрощается: «для того, чтобы найти проекцию скорости тела относительно земли, нужно к проекции его скорости относительно транспорта прибавить проекцию скорости транспорта».

Электричка движется вперёд со скоростью v_x = 60

км/ч $= \frac{60}{60}$ км/мин = 1

км/мин.

Студент относительно электрички движется НАЗАД (!) со скоростью u_x = -6

км/ч $= - \frac{v_x}{10} = -0.1$ км/мин.

Скорость студента относительно земли U_3

равна алгебраической сумме проекций U_3 = v_x + u_x = v_x - 0.1v_x = 0.9v_x = 0.9

км/мин.

Как следует из условия, в начале отсчёта времени студент находился точно на уровне начала моста, а в конце отсчёта времени – точно на уровне конца моста. Отсюда следует, что ровно за t = 15

секунд $= \frac{1}{4}$ минут, студент относительно земли переместился точно на длину моста. Найдём длину моста $L = U_3 \cdot t = 0.9$ км/мин $\cdot \frac{1}{4}$ мин $= \frac{9}{40}$ км $= \frac{9000}{40}$ м = 225

м .

Для ответа на поставленный в задаче вопрос нужно понять, в чём заключается этот вопрос. Взглянем на чертёж, приложенный к задаче. Из него легко понять, что от того момента времени, когда первый (!) вагон электрички начал въезжать на мост до того момента, как последний (!) вагон выехал с моста – всё это время электричка находилась на мосту. А значит за время, пока электричка находилась на мосту, она проехала ДВОЙНУЮ длину моста 2L = 2 U_3 t = 450

м .

Чтобы найти время T ,

в течение которого ВСЯ электричка проезжала по мосту, разделим путь, который она проделала за это время на её скорость:

$T = 2L / v = 2 U_3 t / v_x = 2t \cdot \frac{v_x + u_x}{v_x} = 2t ( 1 + u_x/v_x ) =$

$= 2 \cdot 15 ( 1 - 6/60 )$ сек = 30 ( 1 - 0.1 )

сек $= 30 \cdot 0.9$ сек $= 3 \cdot 9$ сек .

О т в е т : полное время нахождения электрички на мосту, т.е., когда хотя бы какая-то её часть находилась на мосту, это и будет время, в течение которого электричка проехала мост. Это время T = 27