Spadanie magnesu w rurze

Pytanie

Pyta Anna

Dlaczego magnez umieszczony w miedzianej rurze spada dużo wolniej niz np kreda??

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Magnes (nie mylić z magnezem – pierwiastkiem o symbolu Mg) rzeczywiście spada wolniej w rurze miedzianej, bo jest hamowany siłą działającą między polem magnetycznym magnesu a prądami wirowymi powstającymi na skutek zjawiska indukcji w miedzianej rurze pod wpływem ruchu magnesu. Można to obejrzeć np. pod adresem http://www.youtube.com/watch?v=30oPZO_z7-4

Wyjaśnienie: Zgodnie z prawem Faradaya siła elektromotoryczna indukcji jest równa szybkości zmiany strumienia indukcji magnetycznej w czasie*. Ten strumień możemy liczyć na przykład przez przekrój rury w jakimś miejscu. Będzie się on zmieniał w czasie, gdy magnes będzie przelatywał przez miejsce rury, gdzie wybraliśmy jej przekrój. Wyliczona siła elektromotoryczna będzie napędzała prąd płynący wokół rury po obwodzie tego przekroju. Na ten prąd w polu magnesu będzie działała siła elektrodynamiczna. Skoro magnes (za pośrednictwem swojego pola) działa na prąd płynący w rurze, to zgodnie z trzecią zasadą dynamiki Newtona prąd w rurze działa siłą reakcji na magnes. Kierunek tej siły, zgodnie z regułą Lenza (zob. ), będzie taki, żeby przeciwstawiać się zachodzącej zmianie. Ta zmiana to ruch magnesu, a więc działająca siła będzie ten ruch hamować. Uff, całkiem skomplikowane, ale mam nadzieje, że da się zrozumieć.


*) Uwaga: używamy tu słowa ‚indukcja’ w dwóch znaczeniach. Pierwsze z nich to zjawisko indukcji elektromagnetycznej, czyli powstawanie siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym pod wpływem zmian strumienia. Strumienia czego? Znowu indukcji, ale użytej w znaczeniu ‚wektor indukcji pola magnetycznego’, który określa kierunek pola magnetycznego i jest jego miarą; wartość tego wektora mierzy się w teslach (T).