Задание 4. Рамку с током помещают в однородное горизонтальное магнитное поле (см. рисунок). Рамка может свободно вращаться вокруг своих осей симметрии. Что будет происходить с рамкой после её помещения в магнитное поле?

Решение:

Когда рамка с током помещается в однородное магнитное поле, на нее действует вращающий момент, который стремится повернуть рамку так, чтобы плоскость рамки стала перпендикулярной линиям магнитной индукции.

• Принцип действия: На противоположные стороны рамки, параллельные линиям магнитного поля, действуют силы, создающие вращающий момент. Направление этих сил определяется правилом левой руки.
• Условие равновесия: Равновесие рамки будет устойчивым, когда ее плоскость будет перпендикулярна линиям магнитного поля, а нейтральное положение — когда плоскость рамки параллельна линиям поля.

Анализ рисунка и вариантов ответа:

На рисунке видно, что магнитное поле горизонтальное. Рамка помещена в это поле. Если рамка изначально находится в положении, когда ее плоскость не перпендикулярна линиям поля, то на нее будет действовать вращающий момент.

1. рамка останется в покое: Это возможно только в том случае, если рамка уже находится в положении устойчивого равновесия (плоскость перпендикулярна полю) или если отсутствуют силы, создающие вращающий момент (например, если нет тока или магнитного поля).
2. рамка начнёт вращаться вокруг вертикальной оси симметрии по часовой стрелке (если смотреть сверху): Этот вариант предполагает вращение вокруг вертикальной оси.
3. рамка начнёт вращаться вокруг вертикальной оси симметрии против часовой стрелки (если смотреть сверху): Этот вариант также предполагает вращение вокруг вертикальной оси.
4. рамка начнёт вращаться вокруг одной из горизонтальных осей симметрии: В однородном магнитном поле на рамку с током действует вращающий момент, который стремится повернуть ее так, чтобы плоскость рамки стала перпендикулярной линиям магнитного поля. Это вращение происходит вокруг оси, лежащей в плоскости рамки и перпендикулярной линиям поля. В данном случае, если поле горизонтальное, рамка будет вращаться вокруг горизонтальной оси, чтобы её плоскость стала вертикальной, перпендикулярной полю.

Вывод:

В однородном магнитном поле на рамку с током действует вращающий момент, который заставляет ее вращаться. Если магнитное поле горизонтальное, рамка будет стремиться повернуться так, чтобы ее плоскость стала вертикальной. Это вращение происходит вокруг горизонтальной оси симметрии.

Ответ: 4) рамка начнёт вращаться вокруг одной из горизонтальных осей симметрии