На проводник с током в магнитном поле действует сила 4 Н. Какая сила будет действовать на проводник в этом поле, если при неизменном токе в нём, его длину уменьшить в 2 раза?
1) 1Н
2) 2Н
3) 16Н
4) 8Н

Объяснение:

Дано:

F₁ = 10 кН = 10 000 Н

F₂ = 12 кН = 12 000 Н

F₃ = 13 кН = 13 000 Н

A₁ = 0,9 см² = 90 мм²

А₂ = 1,7 см² = 170 мм²

a = 0,4 м = 400 мм

E = 2·10⁵ Н/мм²

____________

Построить эпюры N и σ

ΔL - ?

1)

Определяем участки, как показано на рисунке

2)

Определяем значения продольных сил на участках:

N₁ = 0

N₂ = F₁ = 10 кН = 10 000 H

N₃ = F₁ + F₂ = 10 + 12 = 22 кН = 22 000 H

N₄ = F₁ + F₂ = 22 кН = 22 000 H

N₅ = F₁ + F₂ - F₃ = 10 + 12 - 13 = 9 кН = 9 000 H

Строим эпюру N.

3)

Рассчитаем значения нормальных напряжений:

σ₁ = N₁ / A₂ = 0 / 170 = 0

σ₂ = N₂ / A₂ = 10000 / 170 = 59 H/мм²

σ₃ = N₃ / A₂ = 22000 / 170 = 129 H/мм²

σ₄ = N₄ / A₁ = 22000 / 90 = 244 H/мм²

σ₂ = N₅ / A₁ = 9000 / 90 = 100 H/мм²

Строим эпюру нормальных напряжений.

4)

Определяем перемещение свободного конца:

ΔL₁ = N₁·a / (E·A₂) = 0·400 / (2·10⁵·170) = 0

ΔL₂ = N₂·a / (E·A₂) = 10000·400 / (2·10⁵·170) = 0,118 мм

ΔL₃ = N₃·a / (E·A₂) = 22000·400 / (2·10⁵·170) = 0,259 мм

ΔL₄ = N₄·a / (E·A₁) = 22000·400 / (2·10⁵·90) = 0,489 мм

ΔL₅ = N₅·a / (E·A₁) = 9000·400 / (2·10⁵·90) = 0,200 мм

ΔL = 0 + 0,118 + 0,259 + 0,489 + 0,200 = 1,065 мм

Дано:

⁷₃Li, ¹₁p, ⁴₂He

Ek(¹₁p) = 1 МэВ

m(⁷₃Li) = 7,01601 а.е.м.

m(⁴₂He) = 4,0026 а.е.м.

m(¹₁p) = 1,00728 а.е.м.

Eo(1 а.е.м.) = 931,5 МэВ

Ek(⁴₂He) - ?

При бомбардировке ядра атома гелия протоном получается две альфа-частицы:

⁷₃Li + ¹₁p -> ⁴₂He + ⁴₂He

По закону сохранения энергии полная энергия исходных частиц должна равняться полной энергии продуктов реакции:

E₁ = E₂

E = Eo + Ek, где Eo = mc²

E₁ = Eo(⁷₃Li + ¹₁p) + Ek(⁷₃Li + ¹₁p) - предполагается, что атом лития неподвижен, значит его кинетическая энергия равна нулю, тогда:

E₁ = Eo(⁷₃Li + ¹₁p) + Ek(¹₁p)

E₂ = Eo(⁴₂He + ⁴₂He) + Ek(⁴₂He + ⁴₂He) = 2*Eo(⁴₂He) + 2*Ek(⁴₂He) - теперь, если приравнять выражения полных энергий "участников" реакции и собрать энергии покоя в правой части уравнения, а кинетические энергии - в левой, получим уравнение энергетического выхода реакции Q:

E₁ = E₂

Eo(⁷₃Li + ¹₁p) + Ek(¹₁p) = 2*Eo(⁴₂He) + 2*Ek(⁴₂He)

Eo(⁷₃Li + ¹₁p) - 2*Eo(⁴₂He) = 2*Ek(⁴₂He) - Ek(¹₁p)

Eo(⁷₃Li + ¹₁p - 2*⁴₂He) = 2*Ek(⁴₂He) - Ek(¹₁p) = Q

Выражение 2*Ek(⁴₂He) - Ek(¹₁p) - это разность кинетических энергий ΔEk, а выражение Eo(⁷₃Li + ¹₁p - 2*⁴₂He) - это разность энергий покоя ΔEo:

Eo = mc² => ΔEo = Δmc² =>

=> Eo(⁷₃Li + ¹₁p - 2*⁴₂He) = (m(⁷₃Li) + m(¹₁p) - 2*m(⁴₂He)) * c²

Чтобы получить значение энергии, в выражении которой используются а.е.м., в электронвольтах, мы можем использовать энергетический эквивалент одной атомной единицы массы:

1 а.е.м. = 1,66057*10⁻²⁷ кг

c = 2,99792*10⁸ м/с

1 эВ = 1,60218*10⁻¹⁹ Дж

Eo = mc² => Eo(в эВ) = mc²/1,60218*10⁻¹⁹ = 1,66057*10⁻²⁷*(2,99792*10⁸)² / 1,60218*10⁻¹⁹ ≈ 931,5 МэВ, тогда:

ΔEo = (m(⁷₃Li) + m(¹₁p) - 2*m(⁴₂He)) * c² = Eo(1 а.е.м.)*(m(⁷₃Li) + m(¹₁p) - 2*m(⁴₂He)) = 931,5*(7,01601 + 1,00728 - 2*4,0026) ≈ 16,850835 МэВ

Q = ΔEo = 16,850835 МэВ

Q = ΔEk = 2*Ek(⁴₂He) - Ek(¹₁p) - выражаем кинетическую энергию альфа-частицы:

2*Ek(⁴₂He) = Q + Ek(¹₁p)

Ek(⁴₂He) = (Q + Ek(¹₁p)) / 2 = (16,850835 + 1)/2 = 8,9254175 ≈ 8,93 МэВ

ответ: 8,93 МэВ.