Электродинамика. Есть ли смысл ещё проводить опыты?

[hvost_soroki]

A-u-uuu в сообщении #495040 писал(а):

в чем разница с катушкой

Разницу я вижу, укажите сходство.

[almaster]

BISHA в сообщении #494589 писал(а):

almaster в сообщении #494333 писал(а):

А на что в магните будет действовать?

На то, что создает магнитное поле, на его источник.

А что создаёт МП в магните? Что "источник"? А в каком направлении будет действовать на "источник"?

Цитата:

almaster в сообщении #494333 писал(а):

А если магнит непроводящий?

Переменный магнитный поток всегда будет индуцировать вихревое эл. поле.

almaster в сообщении #494333 писал(а):

А если вместо магнита - виток?

На движущиеся заряды в витке будет действовать сила Лоренца. Так как движение по кругу, то ...

Что?

[almaster]

hvost_soroki в сообщении #494967 писал(а):

Прочитав первое сообщение в теме, я пожал плечами — сообщение маловразумительное, рисунок непонятный. Сложилось впечатление, что тема достойна «пургатория».
Однако тема существует уже пять страниц! Это вновь привлекло мой интерес к теме. Пришлось прочитать все пять страниц. Наконец-то на четвёртой странице выяснилось, что же имел в виду топикстартер, используя слова «одним током Ампера».
Оказывается, в своих сообщениях топикстартер использовал понятия начала XIX века. Поэтому был не понят современной аудиторией. Хотя в той же статье
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5789/%D0%9C%D0%90%D0%93%D0%9D%D0%98%D0%A2%D0%AB
из энциклопедии Кольера (использованной топикстартером как источник информации) приводится более современная интерпретация ферромагнетизма, использующая понятие спина электронов:

Цитата:

В M-оболочке ситуация иная, поскольку из шести электронов, находящихся в третьей подоболочке, пять электронов имеют спины, направленные в одну сторону, и лишь шестой - в другую. В результате остаются четыре нескомпенсированных спина, чем и обусловлены магнитные свойства атома железа.

Да, собственно, в данном случае нет необходимости в понимании природы ферромагнетизма. В стартовом топике русским по белому написано: "Два тока взаимодействуют с силой Ампера". Вы ток Ампера отрицаете? А предложите свой вариант описания подобного расположения токов! Как вы назовёте эту сторону магнита? Сосредоточтесь на семантике.

Цитата:

Первое, что бросается в глаза это щётки на «обрезке трубы»,

Цитата:

между которыми по цилиндру течёт ток проводимости (In).

almaster почему то предполагает, что ток будет течь строго по линии между щётками.
А ведь «ток не дурак» (как говорят электрики). Ток зачастую течёт совсем не так и не там, как предполагают даже опытные электрики. Ток течёт вдоль силовых линий электрического поля. Если «трубу» (якорь) разрезать по вдоль, симметрично щёткам, и развернуть, то мы получим следующую картину силовых линий электрического поля, вдоль которых течёт ток.

То есть ток будет течь по всей трубе (якорю), а не только по линии между щётками.
Из-за этого магнитное поле постоянного магнита (возбудителя) будет взаимодействовать с током по всей трубе, а не только по линии между щётками.

Нет. Не очень строго по линии, я этого не предполагаю. Но! Говоря, "ток не дурак", "опытные электрики" обычно продолжают: "он идет по пути наименьшего сопротивления". И плюс ещё - в нашем случае вектор электрической индукции максимален в направлении от щётки к щётке. Хотя... это тоже термин XIX века... Вот как идёт ток между щётками (извиняюсь, похозяйничал в Вашем рисунке):

Таким образом, система, изображённая на следующем Вашем рисунке, будет отнюдь не симметричная. А другие участники, указывавшие на её симметричность и "невращабельность", увы, не могут, по этой причине, считаться экспертами в данной области.

Цитата:

Цитата:

Проводились ли опыты по регистрации подобной реакции?

Да проводились. Смотри, например:
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9087.html

Цитата:

Томилин А.К., Смагулов А.Е. Исследование эффекта продольного электромагнитного взаимодействия// Вестник ВКГТУ, Усть-Каменогорск, 2006. - № 2. — С. 144-147.

Действительно, на провод действует продольная сила.

Благодарю! Это, кстати, один из примеров, который меня заставил задуматься на эту тему. То есть, даже отреферировано... Однако, некоторые - плюются...

Цитата:

По поводу Ваших задачек

Цитата:

А ведь далее в первоисточнике
http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/mehanika/pract/text/pr4.htm
следует рис. 9:

на котором ясно видно, что сила натяжения нити не действует на опору, (исключая, конечно, из рассмотрения силы трения в подшипниках оси).

Да! И когда я приводил свой пример одному...профессору, я просто в конце не дописал одну аббревиатуру. Делаю это сейчас: ЧТД!

Цитата:

almaster в сообщении #491241 писал(а):

"Ампер-виток" (иногда говорят просто "виток" )

Виток это виток; а ампер-виток это ток, проходящий по катушке, умноженный на количество витков в катушке.
Например, есть две катушки. У одной 100 витков, а у другой 10. А нам надо создать в обеих катушках одинаковое по интенсивности магнитное поле. Если мы подадим в первую катушку один ампер, то получим 100 ампер-витков. Тогда во вторую мы должны подать 10 А, чтобы получить те же самые 100 ампер-витков.

Да согласен. Благодарю. Про индуктор же очень часто "опытные электрики" говорять просто "виток", или "виток индуктора", имея в виду именно Ампер-виток (сумму всех токов во всех физических витках обмотки).

[A-u-uuu]

hvost_soroki в сообщении #495047 писал(а):

A-u-uuu в сообщении #495040 писал(а):

в чем разница с катушкой

Разницу я вижу, укажите сходство.

Не понимаю, как Вы собираетесь придать вращение кольцу, не придав ему импульса.

Представьте, что эта конструкция находится в невесомости и рассмотрите случай, когда мимо покоящегося колеса по касательной к радиусу движется груз. Как только нить натянется последует перераспределение импульса и момента импульса между частями системы. Импульс груза передается колесу также, как если бы это был удар шара в спицу на радиусе колеса.
Начнете тащить нить - измените угловую скорость вращения колеса, для сохранения момента импульса системы, должна измениться скорость груза, из-за этого измениться и скорость ЦМ колеса, чтобы соблюдался закон сохранения импульса и кинетической энергии.

Рассмотрим ИСО полого тонкого цилиндра (кольца), радиуса $r=1$ и массы $M$ с невесомыми спицами, проходящими через центр и жестко скрепленных с ободом.
В одну из спиц на расстоянии радиуса $r=1$ перпендикулярно упруго ударяется шар, массой $m$ и скоростью $v_0$.

Определить импульс шара и кольца, и момент импульса кольца, после удара.
Cохранение импульса: $mv_0=mv_1+MV$
Сохранение момента импульса: $mv_{0}r=mv_{1} r+J \omega$
Сохранение кинетической энергии: $mv_0^2 = mv_1^2+MV^2+J \omega ^2$
Момент инерции кольца относительно оси $J_0=Mr^2$, относительно траектории шара $J_1=J_0+Mr^2=2Mr^2$. Т.к. $r=1$, $J=2M$.
Имеем:
$m \Delta v = MV=2M \omega$
$m \Delta v ^2 = MV^2 = 2M \omega ^2$
При условии, что скорость шара после удара положительна (а еще лучше равна мгновенной скорости точки на ободе - аналог скорости груза и нити), нетрудно сообразить, что и ЦМ колеса приобретет положительный импульс.
Так что сила натяжения нити действует на опору.

[A-u-uuu]

Кстати, если в опыте Вы не обнаружите реакции на опоре (растяжение пружинных весов) - не переживайте, согласно Законам Ньютона (гравитационного взаимодействия и равенства сил действия и противодействия), не только опора притягивается к Земле, но и Земля притягивается к опоре. Так что переданный Землей грузу и через нить, и колесо на опору импульс в направлении Земли, равен и противоположен по направлению импульсу, который придала опора и колесо с грузом Земле, а т.к. гравитационное поле в задаче можно считать однородным, его воздействие на груз и опору не зависит от их масс. Т.е. изменение веса колеса (импульс, переданный Землей опоре через груз, нить и колесо) можно и не зарегистрировать в опыте

[almaster]

A-u-uuu, представьте, что эта конструкция находится в невесомости и рассмотрите случай, когда мимо вращающегося колеса по касательной к радиусу движется груз. Скорость груза равна мгновенной поступательной скорости точки обода колеса вдоль касательной через эту точку. По иному - догоните автомобиль и толкайте его (передайте ему свой импульс). Нет, лучше так: подбегите к вращающейся карусели и попытайтесь её ещё чуть-чуть подтолкнуть во вращение.
Вы рассматриваете переходный процесс. Нас интересует установившийся режим.

[hvost_soroki]

(Оффтоп)

almaster в сообщении #495288 писал(а):

Цитата:

Да, собственно, в данном случае нет необходимости в понимании природы ферромагнетизма.

Если Вы не понимаете, тогда Вам не стоит рассуждать о непонятном…

Цитата:

В стартовом топике русским по белому написано: "Два тока взаимодействуют с силой Ампера".

(Написать-то можно что угодно)…

Цитата:

Вы ток Ампера отрицаете?

«Ток Ампера» существует только в Вашем воображении. В реальности (в природе) его нет.
Если бы такой ток существовал, то его можно было бы обнаружить. Например, по тепловому действию. Или по падению напряжения на участке цепи. Или его можно было бы обнаружить амперметром. Но этот ток не обнаруживается, следовательно, он не существует.

Цитата:

А предложите свой вариант описания подобного расположения токов! Как вы назовёте эту сторону магнита? Сосредоточтесь на семантике.

В силу вышесказанного вариантов нет. Я сосредоточиваюсь не на семантике (в данном случае неправильном значении слов) а на реальных фактах.
Что бы Вас правильно понимали, рассматривайте взаимодействие тока с магнитным полем (правило левой руки). Так будет ближе к реальности, да и к расчётам.

Цитата:

Нет. Не очень строго по линии, я этого не предполагаю. Но! Говоря, "ток не дурак", "опытные электрики" обычно продолжают: "он идет по пути наименьшего сопротивления".

«По пути наименьшего сопротивления» идут некоторые люди, а отнюдь не электрический ток.
Если бы ток шёл по пути наименьшего сопротивления, то при включении эл.чайника у вас бы погасла эл.лампочка, т.к. ток бы не пошёл по пути большего сопротивления в лампочке, а пошёл бы по пути наименьшего сопротивления в чайнике. Однако лампочка не гаснет, следовательно, ваших «опытных электриков» можете послать ...
Ток не дурак, и идёт там, где он идти может. Такую возможность он не упустит.

Цитата:

И плюс ещё - в нашем случае вектор электрической индукции максимален в направлении от щётки к щётке. Хотя... это тоже термин XIX века... Вот как идёт ток между щётками (извиняюсь, похозяйничал в Вашем рисунке)

В своём рисунке я использовал картину силовых линий электрического поля между разноимёнными полюсами.

Из этой картины я удалил те линии, которые выходят за пределы проводника, т.к. электроны проводимости за пределами проводника (в непроводящей среде) не движутся, и поэтому эти линии не являются линиями тока. Остались только те линии электрического поля, которые укладываются в развёртку трубы. Они то и являются линиями тока.
Вы же произвольно (необоснованно) сузили область протекания тока, удалив "лишние", по Вашему мнению, линии.
Проведите мысленный эксперимент. Не притыкайте провода к трубе, а обмотайте этими проводами концы трубы, да ещё и припаяйте их для лучшего контакта. Как пойдёт ток по трубе? С учётом того, что семантически и провода и труба являются проводниками.
Или обмотайте коллектор в машине постоянного тока проволокой. Неужто ток из-под щётки попрежнему пойдёт только через ближайшую ламель?
Или опытные электрики дураки, что чистят и дорОжат коллектор?

[hvost_soroki]

A-u-uuu в сообщении #495414 писал(а):

сила натяжения нити действует на опору.

Порылся в интернете — ничего о силовом воздействии одной нити на барабан не нашёл. Пример со спиннингом Вас не устраивает. Тогда я решил провести эксперимент «на кухне», используя подручные средства.
Налил воды в кастрюлю. Нашёл деревянную катушку с нитками. С одной стороны катушки в отверстие вставил пластмассовый дюбель. В дюбель ввернул металлический шуруп. Из катушки получился поплавок с грузилом, которое удерживает катушку в вертикальном положении. Поместил поплавок на воду. Катушка плавает вертикально, может вращаться вокруг вертикальной оси практически без трения, а главное без опоры чтобы не нужно было пользоваться динамометрами.
Потянул за нитку вбок, параллельно поверхности воды. Катушка вращается, но плыть за ниткой не хочет! Не удаётся никак её за нитку подтянуть.
Отсюда вывод — силе натяжения нити на барабане противодействует не другая статическая противоположная сила, а момент инерции барабана (катушки).
Во-первых, это не статика.
Во-вторых, это неинерциальная система, в которой неприменим третий закон Ньютона, т.е. нельзя указать соответствующую силу противодействия (смотри приведённый выше рис.9).
То есть тут надо рассматривать не силы, а моменты сил, и не массу, а момент инерции.

almaster

(Оффтоп)

Если Вам удобно пользоваться понятием «ток Ампера», то поясняйте в контексте (для непонятливых), что это «воображаемый» «условный» ток, а не ток реально протекающий по поверхности магнита.

[A-u-uuu]

hvost_soroki в сообщении #495839 писал(а):

Катушка плавает вертикально, может вращаться вокруг вертикальной оси практически без трения, а главное без опоры чтобы не нужно было пользоваться динамометрами.
Потянул за нитку вбок, параллельно поверхности воды. Катушка вращается, но плыть за ниткой не хочет! Не удаётся никак её за нитку подтянуть.
Отсюда вывод — силе натяжения нити на барабане противодействует не другая статическая противоположная сила, а момент инерции барабана (катушки).

Как Вы считаете, натяжение нити, заставившее катушку крутиться, изменило Ваш импульс ?
Предположим Вы тоже плаваете на поверхности воды, расстояние между Вами и катушкой $l$, придавая нерастяжимой невесомой нити силу $F_n$, на эту же величину, в единицу времени, Вы изменяете свой импульс, т.е. начинаете приближаться к катушке. Если, как Вы утверждаете, катушка не получает встречного импульса (останется неподвижной), то при неизменных массах, это изменит ЦМ системы Вы+катушка. На что опираемся ?
Можно проще, крепим катушку к рабочей платформе, нить пропускаем через два встречно вращающихся валика-электродвигателя, включаем и … полетели ?

hvost_soroki в сообщении #495839 писал(а):

Во-вторых, это неинерциальная система, в которой неприменим третий закон Ньютона, т.е. нельзя указать соответствующую силу противодействия.

Это сила инерции.
Третий закон Ньютона применим к замкнутой системе тел, независимо от их "частной" неинерциальности.

almaster в сообщении #495544 писал(а):

A-u-uuu, представьте, что эта конструкция находится в невесомости и рассмотрите случай, когда мимо вращающегося колеса по касательной к радиусу движется груз. Скорость груза равна мгновенной поступательной скорости точки обода колеса вдоль касательной через эту точку. По иному - догоните автомобиль и толкайте его (передайте ему свой импульс). Нет, лучше так: подбегите к вращающейся карусели и попытайтесь её ещё чуть-чуть подтолкнуть во вращение.
Вы рассматриваете переходный процесс. Нас интересует установившийся режим.

Если колесо (точка на ободе) уже вращается с той же мгновенной скоростью, что и пролетающий мимо груз, то это "велосипед" Силы натяжения нити нет. В рассматриваемом случае непрерывное действие силы порождает непрерывное ускорение, т.е. рост скорости груза, таким образом, колесо ускоряет вращение в любой (бесконечно малый) промежуток времени, соответственно, в любой (бесконечно малый) промежуток времени импульс груза передается опоре колеса (если только она вместе с колесом не ускоряется той же силой, что и груз).

[hvost_soroki]

A-u-uuu в сообщении #495862 писал(а):

Это сила инерции.
Третий закон Ньютона применим к замкнутой системе тел, независимо от их "частной" неинерциальности.

Первый закон Ньютона:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%9D%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0

Цитата:

Существуют такие системы отсчёта, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО). Все другие системы отсчёта (например, вращающиеся или движущиеся с ускорением) называются соответственно неинерциальными. Проявлением неинерциальности в них является возникновение фиктивных сил, называемых «силами инерции».

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BE%D1%82%D1%81%D1%87%D1%91%D1%82%D0%B0

Цитата:

Законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчёта.

Вращающаяся катушка под действием силы натяжения нити приходит в состояние вращательного, а не прямолинейного движения, следовательно, к ней неприменимы законы Ньютона.
Причём движение катушки следует рассматривать не в какой-то один момент времени, а — весь процесс в развитии.

A-u-uuu в сообщении #495862 писал(а):

Как Вы считаете, натяжение нити, заставившее катушку крутиться, изменило Ваш импульс ?

Понятие импульса хорошо применимо для бильярда, т.е. для одномоментного взаимодействия (удара). Импульс это масса умноженная на скорость. Если скорость изменилась скачком, а до удара и после удара неизменна, то всё неплохо считается и понимается.
Но если на тело непрерывно действует сила, то скорость уже не постоянна и применяется уже не импульс, а производная импульса по времени. Смотри второй закон Ньютона.

Цитата:

Предположим Вы тоже плаваете на поверхности воды

В начальный момент времени мы с катушкой не взаимодействуем. Затем я начинаю тянуть нить. Нить натягивается, т.е. с моей (инерциальной) стороны (по второму и третьему закону Ньютона) есть пара сил, приложенная к нити и моей руке. Соответственно, я начинаю ускоренное движение по направлению к катушке. На другой (неинерциальной) стороне нити события разворачиваются иначе. Сила натяжения нити создаёт на катушке момент силы, под действием которого катушка начинает ускоренное вращение, оставаясь на месте. С течением времени скорость движения нити всё больше и больше увеличивается, так что я уже не поспеваю её выбирать. Сила натяжения нити при этом становится равной нулю, и дальнейшее движение тел продолжается по инерции — катушка крутится на месте, я двигаюсь в сторону катушки.
Обратите внимание на разницу между мной и катушкой. Проекция силы натяжения нити проходит через точку моего центра тяжести (инерциальная система). Тогда как проекция силы натяжения нити не проходит через центр тяжести катушки (это неинерциальная система). Более того, сила натяжения нити всегда приложена под прямым углом к плечу. Таким образом, здесь нет какой-либо другой силы направленной по одной прямой с силой натяжения нити. (Смотри рис.9).
P.S.
На катушку действует какая-то небольшая дополнительная сила (возможно — Кориолиса), т.к. я заметил, что катушку ведёт вбок.

[Шимпанзе]

hvost_soroki в сообщении #495969 писал(а):

На катушку действует какая-то небольшая дополнительная сила (возможно — Кориолиса), т.к. я заметил, что катушку ведёт вбок.

Центр тяжести катушки и груза меняется -вот катушку и тянет в сторону.

[hvost_soroki]

almaster в сообщении #493039 писал(а):

заманчив вариант со взаимной компенсацией разворачивающих моментов при объединении двух подобных систем в одну зеркально:

В этом случае мы можем зачеркивать моменты М1 и рычаги l. Вращающие моменты М2 на рычагах r остаются в полном объёме. Получаем то, что справа.

Ошибка автора в этом и подобных случаях заключается в том, что «зачёркивая» моменты, он далее зачёркивает только одну составляющую момента — рычаг, но почему-то оставляет другую составляющую — силу. Это «незаконная операция».

Шимпанзе в сообщении #495986 писал(а):

Центр тяжести катушки и груза меняется -вот катушку и тянет в сторону.

Нет, центр тяжести не меняется, т.к. не меняется геометрия вращающейся системы.
Но нить расположена выше центра тяжести, поэтому тут, наверно, что-то типа прецессии волчка.

[Someone]

hvost_soroki в сообщении #495969 писал(а):

Вращающаяся катушка под действием силы натяжения нити приходит в состояние вращательного, а не прямолинейного движения, следовательно, к ней неприменимы законы Ньютона.

У Вас катушка имеет малый момент инерции и большую массу, так как в неё вставлен массивный стержень. Поэтому, когда Вы тянете за нить, катушка раскручивается, но практически не сдвигается с места, и Вы этот сдвиг не замечаете.
Сделайте катушку с большим моментом инерции при той же массе, и сдвиг катушки под действием натяжения нити станет заметным. Тем заметнее, чем больше момент инерции при той же массе.
Кроме того, вращающаяся и движущаяся поступательно катушка будет взаимодействовать с водой, причём, появится сила, действующая перпендикулярно направлению движения катушки (эффект Магнуса). Так что катушка будет смещаться не туда, куда её тянут за ниточку.

[Someone]

Да, ещё нужно добавить. Если нить разматывается с постоянной скоростью, значит, никакая сила на катушку вообще не действует, и ускоряться ей не с чего.

[almaster]

Someone в сообщении #496172 писал(а):

Да, ещё нужно добавить. Если нить разматывается с постоянной скоростью, значит, никакая сила на катушку вообще не действует, и ускоряться ей не с чего.

А я бы ещё добавил, что любая сила, действующая на любой объект, ускоряет этот объект (это справедливо и для вращения) ровно до того момента, пока эта сила не сравняется с растущим, по мере увеличения скорости, сопротивлением среды. После того, как действующая на объект сила сравнивается с сопротивлением среды, объект движется равномерно. Или вращается без ускорения вращения.

Ну, а на катушку всё-таки сила будет действовать. Пока не изобрели идеальные подшипники, и пока она вращается в воздушной среде