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Физика электричество и магнетизм. Ч. 2. Лабораторный практикум

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☆
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ɤɪ a
qU
(4.13)
.
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a
ɢ ɩɨɞɫɬɚɜɢɬɶ ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (4.13).
3) ɢɡ ɡɚɤɨɧɚ (4.12) ɜɵɪɚɡɢɬɶ
2
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§· ¨¸
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§·
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¨¸ ¨¸
©¹
2
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2
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Ɋɚɫɱɟɬɧɚɹ ɮɨɪɦɭɥɚ ɞɥɹ ɭɞɟɥɶɧɨɝɨ ɡɚɪɹɞɚ ɷɥɟɤɬɪɨɧɚ ɬɚɤɨɜɚ:
ȼ ɮɨɪɦɭɥɭ (4.14) ɜɯɨɞɢɬ
qU
e
m
a
(4.14)
ɤɪ
.
22
r
ɤɪ ɚ
, ɜɟɥɢɱɢɧɚ ɤɨɬɨɪɨɝɨ ɪɚɫɫɱɢɬɵɜɚɟɬɫɹ
8
ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ (4.11) ɫ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɟɦ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɤɪɢɬɢɱɟɫɤɨɣ ɫɢɥɵ ɬɨɤɚ
I
, ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɦɨɝɨ ɩɨ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚɥɶɧɵɦ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɚɦ: ɦɟɧɹɹ ɬɨɤ
ɫ(ɤɪ)
ɜ ɫɨɥɟɧɨɢɞɟ, ɢɡɦɟɪɹɸɬ ɫɢɥɭ ɚɧɨɞɧɨɝɨ ɬɨɤɚ ɢ ɫɬɪɨɹɬ ɝɪɚɮɢɤ ɡɚɜɢɫɢ­ɦɨɫɬɢ ɫɢɥɵ ɚɧɨɞɧɨɝɨ ɬɨɤɚ
ɫɩɥɨɲɧɨɣ ɤɪɢɜɨɣ ɪɢɫ. 4.5) ɢ ɩɨ ɧɟɦɭ ɧɚɯɨɞɹɬ
I ɨɬ ɫɢɥɵ ɬɨɤɚ ɜ ɫɨɥɟɧɨɢɞɟ ɫI (ɩɨɞɨɛɧɵɣ
a
I .
ɫ(ɤɪ)
ɉɪɢ ɷɬɨɦ ɧɚɞɨ ɢɦɟɬɶ ɜ ɜɢɞɭ, ɱɬɨ ɪɚɫɱɟɬɧɚɹ ɮɨɪɦɭɥɚ (4.14) ɩɨɥɭ­ɱɟɧɚ ɫ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɟɦ ɡɚɤɨɧɚ (4.12), ɡɚɩɢɫɚɧɧɨɝɨ ɞɥɹ ɫɥɭɱɚɹ ɷɥɟɤ­ɬɪɨɧɨɜ, ɜɵɥɟɬɚɸɳɢɯ ɢɡ ɤɚɬɨɞɚ ɫɨ ɫɤɨɪɨɫɬɹɦɢ, ɛɥɢɡɤɢɦɢ ɤ ɧɭɥɸ. ɇɚ ɝɪɚɮɢɤɟ (ɫɦ. ɪɢɫ. 4.5) ɨɛɥɚɫɬɶ ɩɨɱɬɢ ɥɢɧɟɣɧɨɝɨ ɧɚɢɛɨɥɟɟ ɤɪɭɬɨɝɨ
ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚɥɶɧɨɣ ɤɪɢɜɨɣ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɟɬ ɜɟɥɢɱɢɧɟ ɧɚɢɛɨɥɟɟ
ɫɩɚɞɚ ɜɟɪɨɹɬɧɨɣ (ɫɪɟɞɧɟɣ) ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɷɥɟɤɬɪɨɧɨɜ, ɜɵɥɟɬɚɸɳɢɯ ɢɡ ɤɚɬɨɞɚ ɢ ɭɫɤɨɪɟɧɧɵɯ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɢɦ ɩɨɥɟɦ ɦɚɝɧɟɬɪɨɧɚ. ɉɨɷɬɨɦɭ ɞɥɹ ɥɭɱɲɟɣ ɤɨɪɪɟɥɹɰɢɢ ɬɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɨɣ ɮɨɪɦɭɥɵ (4.14) ɢ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɯ ɷɤɫɩɟɪɢ-
ɦɟɧɬɚɥɶɧɵɯ ɞɚɧɧɵɯ ɪɟɤɨɦɟɧɞɭɟɬɫɹ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɤɪɢɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɬɨɤɚ
I
ɤɪ
ɜɵɛɢɪɚɬɶ ɩɨ ɝɪɚɮɢɤɭ ɧɢɠɟ ɫɟɪɟɞɢɧɵ ɨɛɥɚɫɬɢ ɛɵɫɬɪɨɝɨ ɫɩɚɞɚ ɚɧɨɞ­ɧɨɝɨ ɬɨɤɚ. Ⱦɚɥɟɟ, ɢɫɩɨɥɶɡɭɹ ɮɨɪɦɭɥɵ (4.12) ɢ (4.14), ɩɨɥɭɱɚɸɬ ɜɟɥɢ­ɱɢɧɭ ɭɞɟɥɶɧɨɝɨ ɡɚɪɹɞɚ ɷɥɟɤɬɪɨɧɚ.
4.4. ɉɨɪɹɞɨɤ ɜɵɩɨɥɧɟɧɢɹ ɪɚɛɨɬɵ
ɢ ɨɛɪɚɛɨɬɤɢ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚɥɶɧɵɯ ɞɚɧɧɵɯ
1. ɍɫɬɚɧɨɜɢɬɶ 1-ɟ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɚɧɨɞɧɨɝɨ ɧɚɩɪɹɠɟɧɢɹ
ɫɢɪɭɹ ɟɝɨ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɩɨ ɜɨɥɶɬɦɟɬɪɭ 5 (ɫɦ. ɪɢɫ. 4.3).
2. Ɇɟɧɹɹ ɜɟɥɢɱɢɧɭ ɫɨɩɪɨɬɢɜɥɟɧɢɹ 7 (ɫɦ. ɪɢɫ. 4.3) ɢ ɨɬɫɥɟɠɢɜɚɹ ɭɜɟɥɢ-
ɱɟɧɢɟ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɫɢɥɵ ɬɨɤɚ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɚɧɨɞɧɨɝɨ ɬɨɤɚ
I ɚɦɩɟɪɦɟɬɪɨɦ 6 ( ~ 20 ɪɚɡ), ɡɚɧɨɫɹ ɞɚɧɧɵɟ ɜ ɬɚɛɥ. 4.1.
a
I ɩɨ ɚɦɩɟɪɦɟɬɪɭ 4, ɢɡɦɟɪɹɬɶ ɫɢɥɭ
c
U
= 50 ȼ, ɮɢɤ-
a
1
61
3. ɉɨɜɬɨɪɢɬɶ ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ
I
ȼ
ɧɚɩɪɹɠɟɧɢɹ
U ɢ
a
2
U
a
I (ɩ. 1, 2) ɞɥɹ ɞɪɭɝɢɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɚɧɨɞɧɨɝɨ
a
ɩɪɢ ɬɟɯ ɠɟ ɡɧɚɱɟɧɢɹɯ cI . ȼɫɟ ɞɚɧɧɵɟ ɡɚɧɟɫɬɢ
3
ɜ ɜ ɬɚɛɥ. 4.1.
Ɍɚɛɥɢɰɚ 4.1
= 100 ȼ
U
= 50 ȼ
a
ɇɨɦɟɪ ɨɩɵɬɚ
1 0 2 0,1
3 0,2
… …
20 1,9
I , Ⱥ
c
1
I
a
1
U
= 80 ȼ
a
2
I
a
2
U
a
3
I
a
3
4. ɉɨɫɬɪɨɢɬɶ ɧɚ ɦɢɥɥɢɦɟɬɪɨɜɤɟ ɬɪɢ ɝɪɚɮɢɤɚ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ ɚI (ɨɫɶ Y) ɨɬ ɧɚɩɪɹɠɟɧɢɹ
5. ɇɚɣɬɢ ɩɨ ɝɪɚɮɢɤɚɦ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɧɟɣ ɱɚɫɬɢ ɨɛɥɚɫɬɢ ɛɵɫɬɪɨɝɨ ɫɩɚɞɚ ɚɧɨɞɧɨɝɨ ɬɨɤɚ
I (ɨɫɶ ɏ), ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɯ ɩɪɢ ɪɚɡɥɢɱɧɵɯ ɡɧɚɱɟɧɢɹɯ ɚɧɨɞɧɨɝɨ
ɫ
U
.
a
i
, ɜɵɛɢɪɚɹ ɷɬɢ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɜ ɧɢɠ-
ɤɪ
I , ɢ ɡɚɧɟɫɬɢ ɢɯ ɜ
a
ɬɚɛɥ. 4.2.
6. Ɋɚɫɫɱɢɬɚɬɶ ɩɨ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɦ ɡɧɚɱɟɧɢɹɦ ɤɪɢɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɬɨɤɚ ɬɪɢ ɡɧɚɱɟɧɢɹ
7. Ɋɚɫɫɱɢɬɚɬɶ ɭɞɟɥɶɧɵɣ ɡɚɪɹɞ
ɡɧɚɱɟɧɢɣ
ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ (4.12). ȼɧɟɫɬɢ ɢɯ ɜ ɬɚɛɥ. 4.2.
ɤɪ
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ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ (4.14) ɞɥɹ ɬɪɟɯ
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I ɬɨɤɚ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ. ȼɵɱɢɫɥɢɬɶ ɟɝɨ ɫɪɟɞɧɟɟ ɡɧɚɱɟɧɢɟ.
ɤɪi
8. Ɉɰɟɧɢɬɶ ɫɥɭɱɚɣɧɭɸ ɚɛɫɨɥɸɬɧɭɸ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɶ ɤɚɠɞɨɝɨ ɢɡ ɬɪɟɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ, ɧɚɣɬɢ ɟɟ ɫɪɟɞɧɸɸ ɜɟɥɢɱɢɧɭ ɢ ɡɚɩɢɫɚɬɶ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬ ɞɥɹ ɭɞɟɥɶ­ɧɨɝɨ ɡɚɪɹɞɚ ɜ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɢ ɫ ɬɨɱɧɨɫɬɶɸ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚ ɜ ɬɚɛɥ. 4.2.
ɋɪɚɜɧɢɬɶ ɭɞɟɥɶɧɵɣ ɡɚɪɹɞ ɷɥɟɤɬɪɨɧɚ, ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɣ ɜ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɟ,
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ɫ ɬɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɦ ɡɧɚɱɟɧɢɟɦ:
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100 %
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ɉɚɪɚɦɟɬɪɵ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ
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Ɍɚɛɥɢɰɚ 4.2
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0,168 ɦL
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Ʉɥ/ɤɝ
Ʉɨɧɬɪɨɥɶɧɵɟ ɜɨɩɪɨɫɵ
1. ɇɚɩɪɹɠɟɧɧɨɫɬɶ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɨɝɨ ɩɨɥɹ ɢ ɢɧɞɭɤɰɢɹ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ.
2. ɗɥɟɤɬɪɨɦɚɝɧɢɬɧɚɹ ɫɢɥɚ, ɞɟɣɫɬɜɭɸɳɚɹ ɧɚ ɞɜɢɠɭɳɭɸɫɹ ɡɚɪɹ-
ɠɟɧɧɭɸ ɱɚɫɬɢɰɭ.
3. ɍɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢ ɯɚɪɚɤɬɟɪ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɡɚɪɹɠɟɧɧɵɯ ɱɚɫɬɢɰ ɜ ɩɨɫɬɨɹɧ-
ɧɨɦ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɨɦ ɩɨɥɟ ɩɪɢ ɪɚɡɥɢɱɧɵɯ ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɢɹɯ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɱɚɫ­ɬɢɰɵ ɢ ɜɟɤɬɨɪɚ
4. ɍɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢ ɯɚɪɚɤɬɟɪ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɡɚɪɹɠɟɧɧɨɣ ɱɚɫɬɢɰɵ ɜ ɩɨɫɬɨ-
ɹɧɧɨɦ ɦɚɝɧɢɬɧɨɦ ɩɨɥɟ ɩɪɢ ɪɚɡɥɢɱɧɵɯ ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɢɹɯ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɱɚɫɬɢ­ɰɵ ɩɨ ɨɬɧɨɲɟɧɢɸ ɤ ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɢɸ ɜɟɤɬɨɪɚ
5. Ʉɚɤɨɜɚ ɬɪɚɟɤɬɨɪɢɹ ɡɚɪɹɠɟɧɧɨɣ ɱɚɫɬɢɰɵ, ɞɜɢɠɭɳɟɣɫɹ ɜ ɨɞɧɨ-
ɪɨɞɧɨɦ ɦɚɝɧɢɬɧɨɦ ɩɨɥɟ, ɟɫɥɢ:
ɚ) ɜɟɤɬɨɪ ɟɟ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɩɟɪɩɟɧɞɢɤɭɥɹɪɟɧ ɜɟɤɬɨɪɭ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɦɚɝɧɢɬ-
ɧɨɝɨ ɩɨɥɹ;
ɛ) ɫɨɫɬɚɜɥɹɟɬ ɫ ɜɟɤɬɨɪɨɦ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɭɝɨɥ, ɨɬɥɢɱɧɵɣ ɨɬ ɩɪɹɦɨɝɨ?
6. Ɇɨɠɟɬ ɥɢ ɢɡɦɟɧɢɬɶɫɹ ɤɢɧɟɬɢɱɟɫɤɚɹ ɷɧɟɪɝɢɹ ɱɚɫɬɢɰɵ, ɞɜɢɠɭ-
ɳɟɣɫɹ ɜ ɦɚɝɧɢɬɧɨɦ ɩɨɥɟ, ɟɫɥɢ ɞɪɭɝɢɟ ɩɨɥɹ ɨɬɫɭɬɫɬɜɭɸɬ?
7. ɋɢɫɬɟɦɚ ɞɜɭɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ Ɇɚɤɫɜɟɥɥɚ
ɱɟɫɤɨɝɨ ɩɨɥɹ. ɂɯ ɮɢɡɢɱɟɫɤɢɣ ɫɦɵɫɥ.
8. ɋɢɫɬɟɦɚ ɞɜɭɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ Ɇɚɤɫɜɟɥɥɚ ɞɥɹ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɝɨ ɦɚɝɧɢɬɧɨ-
ɝɨ ɩɨɥɹ. ɂɯ ɮɢɡɢɱɟɫɤɢɣ ɫɦɵɫɥ.
G
ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɞɪɭɝ ɞɪɭɝɚ.
G
.
ɞɥɹ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɝɨ ɷɥɟɤɬɪɢ-
63
9. Ɋɚɫɫɱɢɬɚɬɶ ɦɚɝɧɢɬɧɭɸ ɢɧɞɭɤɰɢɸ ɧɚ ɨɫɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɤɨɧɟɱɧɨɣ ɞɥɢɧɵ.
10. ɋɯɟɦɚɬɢɱɟɫɤɨɟ ɭɫɬɪɨɣɫɬɜɨ ɦɚɝɧɟɬɪɨɧ ɢ ɯɚɪɚɤɬɟɪ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɷɥɟɤɬɪɨɧɨɜ ɜ ɧɟɦ.
11. Ʉɚɤ ɞɜɢɠɭɬɫɹ ɷɥɟɤɬɪɨɧɵ ɜ ɦɚɝɧɟɬɪɨɧɟ ɜ ɨɬɫɭɬɫɬɜɢɢ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ?
12. Ʉɚɤɨɟ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɤɪɢɬɢɱɟɫɤɢɦ?
13. ȼɵɜɟɫɬɢ ɪɚɫɱɟɬɧɭɸ ɮɨɪɦɭɥɭ ɞɥɹ ɭɞɟɥɶɧɨɝɨ ɡɚɪɹɞɚ ɷɥɟɤɬɪɨɧɚ.
64
Ɍɟɦɚ. əȼɅȿɇɂȿ
ȼ
ȼ
ɗɅȿɄɌɊɈɆȺȽɇɂɌɇɈɃ ɂɇȾɍɄɐɂɂ
Ʌɚɛɨɪɚɬɨɪɧɚɹ ɪɚɛɨɬɚ ɗ.5
ɗɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚɥɶɧɵɣ ɦɟɬɨɞ ɢɡɭɱɟɧɢɹ
ɦɚɝɧɢɬɧɵɯ ɩɨɥɟɣ ɪɚɡɥɢɱɧɨɣ ɤɨɧɮɢɝɭɪɚɰɢɢ
5.1. ɐɟɥɶ ɪɚɛɨɬɵ
ɉɨɥɭɱɢɬɶ ɫ ɩɨɦɨɳɶɸ ɢɧɞɭɤɰɢɨɧɧɨɝɨ ɞɚɬɱɢɤɚ (ɜ ɨɫɧɨɜɭ ɟɝɨ ɪɚɛɨ­ɬɵ ɡɚɥɨɠɟɧɨ ɹɜɥɟɧɢɟ ɷɥɟɤɬɪɨɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ) ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ ɨɬ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬ ɜɟɥɢɱɢɧ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ ɜɞɨɥɶ ɨɫɢ ɜɧɭɬɪɢ ɫɨ­ɥɟɧɨɢɞɚ ɢ ɤɨɪɨɬɤɨɣ ɤɚɬɭɲɤɢ. ɉɪɨɚɧɚɥɢɡɢɪɨɜɚɬɶ ɨɩɵɬɧɵɟ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɵ ɢ ɫɪɚɜɧɢɬɶ ɫ ɬɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɦɢ ɪɚɫɱɟɬɚɦɢ.
5.2. Ɍɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɨɟ ɜɜɟɞɟɧɢɟ*
ȼ ɞɚɧɧɨɣ ɪɚɛɨɬɟ ɧɟɨɛɯɨɞɢɦɨ ɧɟ ɬɨɥɶɤɨ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚɥɶɧɨ ɨɩɪɟ­ɞɟɥɢɬɶ ɜɟɥɢɱɢɧɭ ɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɧɚ ɨɫɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɢ ɤɨɪɨɬɤɨɣ ɤɚɬɭɲɤɢ, ɧɨ ɢ ɫɞɟɥɚɬɶ ɬɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɟ ɪɚɫɱɟɬɵ, ɢɫɩɨɥɶɡɭɹ ɮɨɪɦɭɥɵ, ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɟ ɫɩɨɫɨɛɚɦɢ ɢɡɥɨɠɟɧɧɵɦɢ ɧɢɠɟ.
ɋɧɚɱɚɥɚ ɧɟɨɛɯɨɞɢɦɨ ɪɚɫɫɦɨɬɪɟɬɶ ɦɚɝɧɢɬɧɨɟ ɩɨɥɟ, ɫɨɡɞɚɧɧɨɟ ɨɞ­ɧɢɦ ɤɪɭɝɨɜɵɦ ɜɢɬɤɨɦ.
Ɂɚɞɚɱɚ ɮɨɪɦɭɥɢɪɭɟɬɫɹ ɬɚɤ: ɨɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɢɧɞɭɤɰɢɸ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨ-
G
ɜ ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɨɣ ɬɨɱɤɟ Ɇ ɧɚ ɨɫɢ Z (ɧɚ ɪɚɫɫɬɨɹɧɢɢ z ɨɬ ɧɚɱɚɥɚ
ɥɹ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬ, ɤɨɬɨɪɨɟ ɧɚɯɨɞɢɬɫɹ ɜ ɰɟɧɬɪɟ ɜɢɬɤɚ – ɜ ɬɨɱɤɟ 0) ɨɞɧɨɝɨ ɤɪɭɝɨɜɨɝɨ ɜɢɬɤɚ ɪɚɞɢɭɫɨɦ R, ɩɨ ɤɨɬɨɪɨɦɭ ɬɟɱɟɬ ɬɨɤ ɫɢɥɨɣ I (ɪɢɫ. 5.1). Ⱦɥɹ ɷɬɨɝɨ ɢɫɩɨɥɶɡɭɟɬɫɹ ɡɚɤɨɧ
ɩɪɢɧɰɢɩ ɫɭɩɟɪɩɨɡɢɰɢɢ (3.9) – (3.10). (ɉɨɞɪɨɛɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɩɪɢɜɟɞɟ-
ɧɨ ɜ ɫɛɨɪɧɢɤɟ [5]).
Ȼɢɨ – ɋɚɜɚɪɚ – Ʌɚɩɥɚɫɚ (3.7) – (3.8) ɢ
–––––––––
*
Ɉɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟ ɨɫɧɨɜɧɨɣ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɤɢ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ (ɢɧɞɭɤɰɢɢ
ɜ ɥɚɛɨɪɚɬɨɪɧɨɣ ɪɚɛɨɬɟ ɗ.3 – (3.3), (3.8).
G
) ɞɚɧɨ
65
Ɋɢɫ. 5.1
ȼ
I
Ɂɞɟɫɶ ɢɫɩɨɥɶɡɭɟɦ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɣ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬ: ɜɟɤɬɨɪ
ɧɚɩɪɚɜɥɟɧ
ɜɞɨɥɶ ɨɫɢ Z ɜɢɬɤɚ ɢ ɪɚɜɟɧ
G
P
0
B
2
2
IR
22
()
Rz
(5.1)
.
3
2
Ⱦɥɹ ɫɨɡɞɚɧɢɹ ɦɚɝɧɢɬɧɵɯ ɩɨɥɟɣ ɢɫɩɨɥɶɡɭɸɬɫɹ ɤɚɬɭɲɤɢ ɪɚɡɥɢɱɧɨɣ ɞɥɢɧɵ, ɫ ɨɛɦɨɬɤɚɦɢ ɢɡ ɦɟɬɚɥɥɢɱɟɫɤɨɣ ɩɪɨɜɨɥɨɤɢ, ɩɨ ɤɨɬɨɪɵɦ ɩɪɨ­ɩɭɫɤɚɸɬ ɬɨɤ. Ʉɚɬɭɲɤɚ ɫɨɫɬɨɢɬ ɢɡ N ɜɢɬɤɨɜ, ɩɥɨɬɧɨ ɩɪɢɥɟɝɚɸɳɢɯ ɞɪɭɝ ɤ ɞɪɭɝɭ ɢ ɧɚɦɨɬɚɧɧɵɯ ɜ ɧɟɫɤɨɥɶɤɨ ɫɥɨɟɜ.
Ʉɚɬɭɲɤɚ ɫɱɢɬɚɟɬɫɹ ɤɨɪɨɬɤɨɣ, ɟɫɥɢ ɟɟ ɞɥɢɧɚ L ɦɚɥɚ ɢ ɜɵɩɨɥɧɹɟɬɫɹ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɟ L << 2R, ɝɞɟ R – ɪɚɞɢɭɫ ɤɚɬɭɲɤɢ (ɪɢɫ. 5.2 ).
Ɋɢɫ. 5.2
ɉɪɢ ɷɬɨɦ ɦɨɠɧɨ ɫɱɢɬɚɬɶ, ɱɬɨ ɦɚɝɧɢɬɧɨɟ ɩɨɥɟ ɧɚ ɨɫɢ ɜɧɭɬɪɢ ɤɚ­ɬɭɲɤɢ (ɨɫɶ Z) ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɩɨɥɟɦ ɨɞɧɨɝɨ ɤɪɭɝɨɜɨɝɨ ɜɢɬɤɚ ɜɢɞɚ (5.1), ɩɨ ɤɨɬɨɪɨɦɭ ɬɟɱɟɬ ɬɨɤ ɫɢɥɨɣ
66
ɤɨɪ.ɤɚɬ
, ɝɞɟ N – ɱɢɫɥɨ ɜɢɬɤɨɜ ɤɚ-
IN
ɬɭɲɤɢ. ɉɨɞɫɬɚɜɢɜ
R
I
ɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ
ɜ ɮɨɪɦɭɥɭ (5.1), ɩɨɥɭɱɢɦ ɞɥɹ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ
I
ɤɨɪ.ɤɚɬ
B
ɨɬ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɵ z, ɤɨɬɨɪɚɹ ɨɬɫɱɢɬɵɜɚɟɬɫɹ
ɤɨɪ.ɤɚɬ
ɨɬ ɰɟɧɬɪɚ (ɬɨɱɤɚ 0) ɤɚɬɭɲɤɢ:
2
INR
P
B
ɤɨɪ.ɤɚɬ
0
22
2
zR

(5.2)
.
3
2
Ɉɱɟɜɢɞɧɨ, ɱɬɨ ɦɚɤɫɢɦɚɥɶɧɚɹ ɜɟɥɢɱɢɧɚ ɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɛɭɞɟɬ
ɜ ɬɨɱɤɟ
:
0 z
P
max
ȼ
ɤɨɪ.ɤɚɬ
IN
0
,
2
ɚ ɩɪɢ ɢɡɦɟɧɟɧɢɢ (
zr ) ɜ ɨɛɟ ɫɬɨɪɨɧɵ ɨɬ ɰɟɧɬɪɚ
B ɛɵɫɬɪɨ ɭɛɵ-
ɤɨɪ.ɤɚɬ
ɜɚɟɬ ɞɨ ɧɭɥɹ. ɗɬɚ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɶ ȼ ɨɬ z ɩɨɤɚɡɚɧɚ ɪɢɫ. 5.3.
Ɋɢɫ. 5.3
Ɂɚɦɟɬɢɦ, ɱɬɨ ɜ ɤɨɪɨɬɤɢɯ ɤɚɬɭɲɤɚɯ ɨɬɫɭɬɫɬɜɭɟɬ ɨɛɥɚɫɬɶ ɨɞɧɨɪɨɞ-
ɧɨɝɨ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ.
Ⱦɥɢɧɧɭɸ ɤɚɬɭɲɤɭ ɧɚɡɵɜɚɸɬ ɫɨɥɟɧɨɢɞɨɦ, ɟɫɥɢ ɜɵɩɨɥɧɹɟɬɫɹ ɫɨɨɬ-
ɧɨɲɟɧɢɟ
2LR!! (ɞɥɢɧɚ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɝɨɪɚɡɞɨ ɛɨɥɶɲɟ ɟɝɨ ɞɢɚɦɟɬɪɚ).
ɇɚɣɬɢ ɦɚɝɧɢɬɧɭɸ ɢɧɞɭɤɰɢɸ ɧɚ ɨɫɢ ɜɧɭɬɪɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɜ ɡɚɜɢɫɢɦɨ­ɫɬɢ ɨɬ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɵ z ɦɨɠɧɨ, ɢɫɩɨɥɶɡɭɹ ɫɥɟɞɭɸɳɢɟ ɫɨɨɛɪɚɠɟɧɢɹ. ȼɵ­ɛɟɪɟɦ ɛɟɫɤɨɧɟɱɧɨ ɬɨɧɤɢɣ (ɷɥɟɦɟɧɬɚɪɧɵɣ) ɩɨɹɫ dz (ɨɧ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɤɨ-
dI
ɪɨɬɤɨɣ ɤɚɬɭɲɤɨɣ), ɜ ɤɨɬɨɪɨɦ ɬɟɱɟɬ ɬɨɤ ɫɢɥɨɣ
,dI Indz
(5.3)
, ɩɪɢɱɟɦ
– ɫɢɥɚ ɬɨɤɚ, ɩɪɨɬɟɤɚɸɳɟɝɨ ɩɨ ɤɚɠɞɨɦɭ ɜɢɬɤɭ;
ɝɞɟ
67
N
n
– ɩɥɨɬɧɨɫɬɶ ɜɢɬɤɨɜ ɨɛɦɨɬɤɢ (ɱɢɫɥɨ ɜɢɬɤɨɜ, ɩɪɢɯɨɞɹɳɟɟɫɹ
L
ɧɚ ɟɞɢɧɢɰɭ ɞɥɢɧɵ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ), ɡɞɟɫɶ N – ɩɨɥɧɨɟ ɱɢɫɥɨ ɜɢɬɤɨɜ ɫɨɥɟ- ɧɨɢɞɚ; L – ɞɥɢɧɚ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ;
ndz dN
– ɱɢɫɥɨ ɜɢɬɤɨɜ ɜ ɫɥɨɟ dz.
Ɋɢɫ. 5.4
ɉɨɥɟ ɧɚ ɨɫɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɜ ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɨɣ ɬɨɱɤɟ M, ɫɨɡɞɚɜɚɟɦɨɟ ɷɥɟ­ɦɟɧɬɚɪɧɵɦ ɩɨɹɫɨɦ dz, ɤɨɬɨɪɵɣ ɧɚɯɨɞɢɬɫɹ ɧɚ ɪɚɫɫɬɨɹɧɢɢ z ɨɬ ɧɟɟ, ɦɨɠɧɨ ɧɚɣɬɢ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ (5.1), ɜ ɤɨɬɨɪɨɣ ɫɢɥɚ ɬɨɤɚ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɢɡ ɜɵɪɚɠɟɧɢɹ (5.3):
2
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Ʉɨɨɪɞɢɧɚɬɚ z ɨɬɫɱɢɬɵɜɚɟɬɫɹ ɨɬ ɥɟɜɨɝɨ ɬɨɪɰɚ ɜɧɭɬɪɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɪɢɫ. 5.3 ɜɞɨɥɶ ɟɝɨ ɨɫɢ.
ɂɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɟ ɩɨɫɥɟɞɧɟɝɨ ɜɵɪɚɠɟɧɢɹ ɞɚɟɬ ɫɥɟɞɭɸɳɭɸ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɶ:
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ɂɫɩɨɥɶɡɨɜɚɜ ɮɨɪɦɭɥɭ (5.4), ɦɨɠɧɨ ɪɚɫɫɱɢɬɚɬɶ ɦɚɝɧɢɬɧɭɸ ɢɧɞɭɤɰɢɸ ɜ ɨɫɨɛɵɯ ɬɨɱɤɚɯ ɧɚ ɨɫɢ Z ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɩɪɢ ɭɫɥɨɜɢɢ, ɤɨɝɞɚ
2LR!! . ɉɪɢ ɷɬɨɦ ɜ ɰɟɧɬɪɟ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ, ɤɨɝɞɚ
L
ɫ ɭɱɟɬɨɦ ɭɫɥɨɜɢɹ
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2LR!! , ɩɨɥɭɱɢɦ
68
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(5.5)
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ȼ ɬɨɱɤɟ ɫ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɨɣ
ɰɢɢ ɜ ɬɨɪɰɟ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ȼ
, ɤɨɬɨɪɚɹ ɜ ɞɜɚ ɪɚɡɚ ɦɟɧɶɲɟ, ɱɟɦ ɜ ɰɟɧɬɪɟ:
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ɩɨɥɭɱɢɦ ɜɟɥɢɱɢɧɭ ɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤ-
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(5.6)
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2
Ɂɚɦɟɬɢɦ, ɱɬɨ ɦɚɝɧɢɬɧɨɟ ɩɨɥɟ ɜɧɭɬɪɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɜɛɥɢɡɢ ɟɝɨ ɨɫɢ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɦ ɜ ɫɪɟɞɧɟɣ ɱɚɫɬɢ. ȼ ɷɬɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɢɟ ɢ ɜɟɥɢɱɢɧɚ ɜɟɤɬɨɪɚ ɢɧɞɭɤɰɢɢ (5.5) ɩɨɫɬɨɹɧɧɵ.
ɗɬɨɬ ɮɚɤɬ ɢɫɩɨɥɶɡɭɸɬ ɞɥɹ ɫɨɡɞɚɧɢɹ ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɯ ɦɚɝɧɢɬɧɵɯ ɩɨɥɟɣ, ɜɟɥɢɱɢɧɭ ɤɨɬɨɪɵɯ ɦɨɠɧɨ ɭɜɟɥɢɱɢɜɚɬɶ, ɩɨɦɟɳɚɹ ɜ ɫɨɥɟɧɨɢɞ ɮɟɪɪɨɦɚɝɧɢɬɧɵɟ ɫɟɪɞɟɱɧɢɤɢ; ɧɚɦɚɬɵɜɚɹ ɜɢɬɤɢ ɜ ɧɟɫɤɨɥɶɤɨ ɫɥɨɟɜ; ɢɫɩɨɥɶɡɭɹ ɩɪɨɜɨɥɨɤɭ ɢɡ ɫɜɟɪɯɩɪɨɜɨɞɹɳɢɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ
(ɩɪɢ ɷɬɨɦ ɫɨɥɟɧɨɢɞ ɩɨɦɟɳɚɸɬ ɜ ɠɢɞɤɢɣ ɝɟɥɢɣ ɬɚɤ ɤɚɤ ɞɥɹ ɩɟɪɟɯɨɞɚ ɜ ɫɜɟɪɯ­ɩɪɨɜɨɞɹɳɟɟ ɫɨɫɬɨɹɧɢɟ ɧɟɨɛɯɨɞɢɦɚ ɧɢɡɤɚɹ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚ ~ 4,2 Ʉ (– 268,8 ɋ).
ɍ ɬɨɪɰɨɜ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɜɟɥɢɱɢɧɚ ɜɟɤɬɨɪɚ ɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɞɨɫɬɚ-
ɬɨɱɧɨ ɪɟɡɤɨ ɭɦɟɧɶɲɚɟɬɫɹ, ɱɬɨ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɨ ɧɚ ɪɢɫ. 5.5.
Ɋɢɫ. 5.5
69
5.3. Ɉɩɢɫɚɧɢɟ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚɥɶɧɨɣ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ
ȼ
ȼ
ȼ
Ɏɢɡɢɱɟɫɤɚɹ ɢɞɟɹ ɷɤɫɩɟɪɢɦɟɧɬɚ ɫɨɫɬɨɢɬ ɜ ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɢɢ ɜɟɥɢɱɢɧ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɦɚɝɧɢɬɧɵɯ ɩɨɥɟɣ ɧɚ ɨɫɹɯ ɜɧɭɬɪɢ ɫɨɥɟɧɨɢɞɚ ɢ ɤɨɪɨɬɤɨɣ ɤɚɬɭɲɤɢ ɩɨ ɢɡɦɟɪɟɧɢɹɦ ɗȾɋ ɢɧɞɭɤɰɢɢ, ɧɚɜɨɞɢɦɨɣ ɜ ɢɧɞɭɤɰɢɨɧɧɨɦ ɞɚɬɱɢɤɟ. (Ɍɟɨɪɢɹ ɹɜɥɟɧɢɹ ɷɥɟɤɬɪɨɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ ɢɡɥɨɠɟɧɚ
ɜ ɥɚɛɨɪɚɬɨɪɧɨɣ ɪɚɛɨɬɟ ɗ.6.)
ȿɫɥɢ ɧɟɛɨɥɶɲɭɸ ɤɚɬɭɲɤɭ, ɧɚɡɵɜɚɟɦɭɸ ɢɧɞɭɤɰɢɨɧɧɵɦ ɞɚɬɱɢɤɨɦ, ɩɨɦɟɫɬɢɬɶ ɜ ɩɟɪɟɦɟɧɧɨɟ ɦɚɝɧɢɬɧɨɟ ɩɨɥɟ ɜɢɬɤɨɜ ɛɵɥɚ ɛɵ ɩɟɪɩɟɧɞɢɤɭɥɹɪɧɚ ɫɢɥɨɜɵɦ ɥɢɧɢɹɦ ɩɨɥɹ
G
K
( ɫos( ) 1BS
), ɬɨ ɜ ɦɨɦɟɧɬ ɜɪɟɦɟɧɢ t ɤɚɠɞɵɣ ɜɢɬɨɤ ɩɥɨɳɚɞɶɸ Sɞ
ɛɭɞɟɬ ɩɪɨɧɢɡɵɜɚɬɶ ɦɚɝɧɢɬɧɵɣ ɩɨɬɨɤ, ɪɚɜɧɵɣ
G
G
Ɏ (() ) () ɫos90 ( ) .
tS BtS ȼ tS q
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ɬɚɤ, ɱɬɨ ɩɥɨɫɤɨɫɬɶ ɟɝɨ
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(5.7)
ȼ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɢ ɫ
ɡɚɤɨɧɨɦ Ɏɚɪɚɞɟɹ ɞɥɹ ɷɥɟɤɬɪɨɦɚɝɧɢɬɧɨɣ ɢɧɞɭɤɰɢɢ
ɩɪɢ ɢɡɦɟɧɟɧɢɢ ɩɨɬɨɤɚ ɦɚɝɧɢɬɧɨɝɨ ɩɨɥɹ ɱɟɪɟɡ ɩɥɨɳɚɞɶ ɥɸɛɨɝɨ ɡɚɦɤ-
ɧɭɬɨɝɨ ɩɪɨɜɨɞɹɳɟɝɨ ɤɨɧɬɭɪɚ ɜ ɧɟɦ
ɧɚɜɨɞɢɬɫɹ ɗȾɋ ɢɧɞɭɤɰɢɢ
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(5.8)
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ȼ ɞɚɧɧɨɣ ɪɚɛɨɬɟ ɜ ɦɚɝɧɢɬɧɨɟ ɩɨɥɟ ɩɨɦɟɳɚɸɬ ɢɧɞɭɤɰɢɨɧɧɵɣ ɞɚɬ­ɱɢɤ, ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɸɳɢɣ ɫɨɛɨɣ ɧɟɛɨɥɶɲɭɸ ɤɚɬɭɲɤɭ 1, ɨɛɦɨɬɤɚ ɤɨɬɨɪɨɣ
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ɢɦɟɟɬ ɢɡɜɟɫɬɧɨɟ ɱɢɫɥɨ ɜɢɬɤɨɜ
(ɪɢɫ. 5.6).
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Ɋɢɫ. 5.6
Ʉɚɬɭɲɤɚ ɫɨɟɞɢɧɟɧɚ ɫ ɦɢɥɥɢɜɨɥɶɬɦɟɬɪɨɦ 3 ɢ ɤɪɟɩɢɬɫɹ ɧɚ ɤɨɧɰɟ ɞɥɢɧɧɨɝɨ ɲɬɨɤɚ 2, ɩɨɡɜɨɥɹɸɳɟɝɨ ɩɨɦɟɳɚɬɶ ɞɚɬɱɢɤ ɜ ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɧɭɸ ɬɨɱɤɭ ɜɧɭɬɪɢ ɤɚɬɭɲɤɢ, ɫɨɡɞɚɸɳɟɣ ɦɚɝɧɢɬɧɨɟ ɩɨɥɟ. ȼ ɷɬɨɦ ɫɥɭɱɚɟ ɦɚɝɧɢɬɧɵɣ ɩɨɬɨɤ (5.7), ɩɪɨɧɢɡɵɜɚɸɳɢɣ ɜɫɟ ɜɢɬɤɢ ɞɚɬɱɢɤɚ ɜ ɦɨɦɟɧɬ ɜɪɟɦɟɧɢ t, ɪɚɜɟɧ
Ɏ () .
70
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(5.9)
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