Κρατώντας μόνο ένα διακόπτη

 Στο σχήμα οι αγωγοί ΑΓ, ΔΖ, μεγάλου μήκους, βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, είναι παράλληλοι μεταξύ τους, απέχουν ℓ=1m και έχουν μηδενική ωμική αντίσταση. Η ράβδος ΚΛ έχει μήκος ℓ=1m μάζα m=0,5kg, αντίσταση R_ΚΛ=2Ω και αρχικά είναι ακίνητη. Η ράβδος ΚΛ μπορεί να κινείται χωρίς τριβές, παραμένοντας συνεχώς κάθετη και σε επαφή με τους αγωγούς ΑΓ, ΔΖ, ενώ οι δυο αντιστάτες έχουν αντιστάσεις R₁ = 6Ω και R₂ = 3Ω.  Σε μια t=0 κλείνουμε το διακόπτη δ συνδέοντας μια πηγή εναλλασσόμενης τάσης της μορφής υ = V·ημ(100πt) S.I. ενώ στο χώρο υπάρχει ένα κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=0,5Τ, με φορά όπως στο σχήμα. Για να μην κινηθεί η ράβδος, ασκούμε κατάλληλη μεταβλητή οριζόντια εξωτερική δύναμη F στο μέσον της. Η μέση ισχύς που καταναλώνεται στην R₁ είναι ίση με 12W.

Ζητούνται:

i)  Το πλάτος της τάσης V της πηγής και η στιγμιαία ισχύς που καταναλώνεται στην ράβδο ΚΛ, τη στιγμή t₁=1/40s.

ii) Το μέτρο της απαιτούμενης δύναμης F, για την ισορροπία της ράβδου, τη στιγμή t₁. Να σχεδιάσετε στο σχήμα την δύναμη αυτή, αν η ένταση του ρεύματος με φορά από το Κ στο Λ θεωρείται θετική.

iii) Τη στιγμή t₁ ανοίγουμε το διακόπτη ενώ διατηρούμε πλέον σταθερή την ασκούμενη δύναμη F, στην τιμή που είχε πριν το άνοιγμα του διακόπτη, με αποτέλεσμα η ράβδος να κινείται και τη στιγμή t₂ να έχει επιτάχυνση μέτρου α=5m/s².

α) Να βρείτε την ταχύτητα της ράβδου ΚΛ τη στιγμή t₂ και να κάνετε ένα ποιοτικό διάγραμμα της έντασης του ρεύματος που διαρρέει τη ράβδο σε συνάρτηση με το χρόνο, από τη στιγμή t₁ ως την στιγμή t₂, δικαιολογώντας, με λίγα λόγια, την μορφή του διαγράμματος.

β) Με ποιο ρυθμό μεταφέρεται ενέργεια στο κύκλωμα μέσω του έργου της δύναμης F, τη στιγμή t₂ και πώς κατανέμεται αυτή, στα διάφορα στοιχεία του κυκλώματος;

Απάντηση:

ή

  Κρατώντας μόνο ένα  διακόπτη

  Κρατώντας μόνο ένα  διακόπτη