Масса снаряжения воздушного шара (оболочки, сетки, корзины) составляет 444 кг. Объём шара — 1600м³. Вычисли, какой подъёмной силой будет обладать этот шар при наполнении его водородом. (Принять плотность газа ρводорода=0,09кг/м3 и g=9,8Н/кг
А) Демонстрация возможности движения луча по ломаной траектории со сменой направления рас Пускаем луч из осветителя с однощелевой диафрагмой на плоскую грань полуцилиндра перпендикулярно ей. В зависимости от расстояния до края грани можно реализовать двукратное или четырехкратное внутреннее отражение от прозрачной криволинейной грани полуцилиндра.
Затем демонстрируем примерный ход луча в прозрачном теле вдоль двух длинных прозрачных стенок, пуская луч из осветителя на торец плоскопараллельной пластины.
Прижав к противоположному торцу пластины призму, иллюстрируем возможность стыковки и удлинения кабелей из оптоволокна.
Б) Демонстрация использования световода для освещения труднодоступных мест.
Вставляем на место вынутого непрозрачного экрана плоскую пластину со световодом.
Подносим свободный конец световода к плоскости доски, показываем, как свет из торца освещает поверхность.
В) Принцип формирования изображения с многожильного жгута из светопроводящих нитей.
В выходное окно осветителя помещают трехцветный светофильтр и берут световод в две руки. Свободный конец световода медленно перемещают над разноцветными частями светофильтра, при этом повернутый к ученикам торец световода, впрессованный в прямоугольную пластину, поочередно окрашивается в разные цвета. Комментарий: если серию таких световодов одинаковой длины разместить поперек светофильтра, то расположенные в таком же порядке противоположные торцы световодов передадут рисунок расположения цветов на светофильтре.
Применение волоконной оптики
На дне пруда глубиной 40 см сидит лягушка, прячущаяся под круглым листом, который плавает на поверхности воды. Каким должен быть минимальный радиус листа, чтобы лягушку не увидели преследователи, находящиеся над поверхностью воды? (ответ: 45 см).
Ощущение, что не хватает данных: рисунка или значений дополнительных величин. Учитывая то, что имеется в условиях, решить можно так, но это нельзя назвать тем решением, которое требуется. Это скорее просто анализ.
Дано:
N = 1800
I = 150 мА = 150*10^(-3) А
N' = 800
I' при B' < B - ?
Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией B. Следовательно, для того чтобы уменьшилось магнитное поле, нужно чтобы модуль вектора магнитной индукции уменьшился. Запомним это.
Далее. Электромагнит с одной катушкой - это соленоид с сердечником. У соленоида (катушки) есть индуктивность L (сопротивляемость току). При движении электрических зарядов по виткам катушки с силой тока I контуры этих витков пронизывает магнитный поток Ф. Чем больше индуктивность L и сила тока I, тем больше магнитный поток Ф. То есть Ф прямо пропорционален L и I:
Ф = L*I (1)
С другой стороны магнитный поток прямо пропорционален магнитной индукции B, площади контура витка S (контуру, площадью S), косинусу угла между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура S, и количеству витков N:
Ф = B*S*cosα*N
В электромагните угол между B и нормалью к плоскости контура можно считать равным 0°, тогда cosα = cos0° = 1, формула будет иметь вид частного случая:
Ф = B*S*N (2)
Приравняем (2) к (1) :
B*S*N = L*I - выразим B:
B = (L*I)/(S*N) - перепишем полученное выражение в таком виде:
B = L/(S*N) * I - видно, что магнитная индукция прямо пропорциональна силе тока. А магнитная индукция, как уже было сказано выше, является характеристикой магнитного поля. Это значит, что для усиления магнитного поля электромагнита надо увеличивать силу тока, и наоборот, для ослабления - уменьшать. Обозначим новое значение магнитной индукции (меньшее, чем действующее) как B', тогда, учитывая что B пропорционально I:
B ~ I => B' ~ I'
B' < B =>
=> L/(S*N) * I' < L/(S*N) * I =>
=> I' < I
B' < B при I' < 150*10^(-3)
ответом будет являться последняя строчка. Мы не можем дать точное значение силы тока, т.к. без каких-то дополнительных данных ответом будут являться все значения, меньшие чем значение I по условию. Значение количества витков N совсем не понадобилось (что странно и опять-таки указывает на нехватку данных в условиях). Можно, правда, записать ответ и следующим образом.
Выразим силу тока I из уравнения для магнитной индукции B:
B = L/(S*N) * I
I = B/(L/(S*N)) = (B*S*N)/L - перепишем в другом виде, выделяя N:
I = (B*S)/L * N - множитель (B*S)/L представим как множитель "k", тогда:
I = k*N
Теперь ответ запишем так:
B' < B при I' < I = k*N
B' < B при I' < 150*10^(-3) = k*1800
При наличии второй катушки на другой стороне сердечника электромагнита он обладает более сильным магнитным полем, т.к. магнитное поле второй катушки усиливает поле первой. Это при условии, что направление тока во второй катушке будет обратным направлению тока в первой. Если же направления будут одинаковыми, то магнитное поле первой катушки будет направлено против поля второй. Тогда магнитное поле электромагнита будет ослаблено. Опять же - значение N' не пригодилось, так как на основании приведённых условий в качестве ответа можно привести лишь теорию .
А) Демонстрация возможности движения луча по ломаной траектории со сменой направления рас Пускаем луч из осветителя с однощелевой диафрагмой на плоскую грань полуцилиндра перпендикулярно ей. В зависимости от расстояния до края грани можно реализовать двукратное или четырехкратное внутреннее отражение от прозрачной криволинейной грани полуцилиндра.
Затем демонстрируем примерный ход луча в прозрачном теле вдоль двух длинных прозрачных стенок, пуская луч из осветителя на торец плоскопараллельной пластины.
Прижав к противоположному торцу пластины призму, иллюстрируем возможность стыковки и удлинения кабелей из оптоволокна.
Б) Демонстрация использования световода для освещения труднодоступных мест.
Вставляем на место вынутого непрозрачного экрана плоскую пластину со световодом.
Подносим свободный конец световода к плоскости доски, показываем, как свет из торца освещает поверхность.
В) Принцип формирования изображения с многожильного жгута из светопроводящих нитей.
В выходное окно осветителя помещают трехцветный светофильтр и берут световод в две руки. Свободный конец световода медленно перемещают над разноцветными частями светофильтра, при этом повернутый к ученикам торец световода, впрессованный в прямоугольную пластину, поочередно окрашивается в разные цвета. Комментарий: если серию таких световодов одинаковой длины разместить поперек светофильтра, то расположенные в таком же порядке противоположные торцы световодов передадут рисунок расположения цветов на светофильтре.
Применение волоконной оптики
На дне пруда глубиной 40 см сидит лягушка, прячущаяся под круглым листом, который плавает на поверхности воды. Каким должен быть минимальный радиус листа, чтобы лягушку не увидели преследователи, находящиеся над поверхностью воды? (ответ: 45 см).
Ощущение, что не хватает данных: рисунка или значений дополнительных величин. Учитывая то, что имеется в условиях, решить можно так, но это нельзя назвать тем решением, которое требуется. Это скорее просто анализ.
Дано:
N = 1800
I = 150 мА = 150*10^(-3) А
N' = 800
I' при B' < B - ?
Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией B. Следовательно, для того чтобы уменьшилось магнитное поле, нужно чтобы модуль вектора магнитной индукции уменьшился. Запомним это.
Далее. Электромагнит с одной катушкой - это соленоид с сердечником. У соленоида (катушки) есть индуктивность L (сопротивляемость току). При движении электрических зарядов по виткам катушки с силой тока I контуры этих витков пронизывает магнитный поток Ф. Чем больше индуктивность L и сила тока I, тем больше магнитный поток Ф. То есть Ф прямо пропорционален L и I:
Ф = L*I (1)
С другой стороны магнитный поток прямо пропорционален магнитной индукции B, площади контура витка S (контуру, площадью S), косинусу угла между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура S, и количеству витков N:
Ф = B*S*cosα*N
В электромагните угол между B и нормалью к плоскости контура можно считать равным 0°, тогда cosα = cos0° = 1, формула будет иметь вид частного случая:
Ф = B*S*N (2)
Приравняем (2) к (1) :
B*S*N = L*I - выразим B:
B = (L*I)/(S*N) - перепишем полученное выражение в таком виде:
B = L/(S*N) * I - видно, что магнитная индукция прямо пропорциональна силе тока. А магнитная индукция, как уже было сказано выше, является характеристикой магнитного поля. Это значит, что для усиления магнитного поля электромагнита надо увеличивать силу тока, и наоборот, для ослабления - уменьшать. Обозначим новое значение магнитной индукции (меньшее, чем действующее) как B', тогда, учитывая что B пропорционально I:
B ~ I => B' ~ I'
B' < B =>
=> L/(S*N) * I' < L/(S*N) * I =>
=> I' < I
B' < B при I' < 150*10^(-3)
ответом будет являться последняя строчка. Мы не можем дать точное значение силы тока, т.к. без каких-то дополнительных данных ответом будут являться все значения, меньшие чем значение I по условию. Значение количества витков N совсем не понадобилось (что странно и опять-таки указывает на нехватку данных в условиях). Можно, правда, записать ответ и следующим образом.
Выразим силу тока I из уравнения для магнитной индукции B:
B = L/(S*N) * I
I = B/(L/(S*N)) = (B*S*N)/L - перепишем в другом виде, выделяя N:
I = (B*S)/L * N - множитель (B*S)/L представим как множитель "k", тогда:
I = k*N
Теперь ответ запишем так:
B' < B при I' < I = k*N
B' < B при I' < 150*10^(-3) = k*1800
При наличии второй катушки на другой стороне сердечника электромагнита он обладает более сильным магнитным полем, т.к. магнитное поле второй катушки усиливает поле первой. Это при условии, что направление тока во второй катушке будет обратным направлению тока в первой. Если же направления будут одинаковыми, то магнитное поле первой катушки будет направлено против поля второй. Тогда магнитное поле электромагнита будет ослаблено. Опять же - значение N' не пригодилось, так как на основании приведённых условий в качестве ответа можно привести лишь теорию .