Vyhledávání úloh podle oboru

Cela, ve které je pterodaktyl vězněn, je uzamčena pomocí magnetického zámku. Americké tajné služby vlastní prototyp tohoto zámku a kousek z jeho magnetu vám posíláme v obálce se sérií. K otevření zámku bez klíče je nutné znát, jak závisí síla mezi dvěma magnety na jejich vzdálenosti. Změřte co nejpřesněji tuto závislost!

Návod: Mezi oba magnety postupně vkládejte tenké listy papíru a měřte sílu nutnou na odtržení magnetků od sebe.

Dva stejné náboje umístíme na oba konce tuhé nevodivé tyčky. Jaký výkon budeme potřebovat na otáčení tyčky konstantní úhlovou rychlostí kolem osy procházející středem tyčky. Tření zanedbejte.

Na hřídeli elektromotoru je navinuta nit, na konci které je zavěšeno závaží o hmotnosti $m$. Pokud motor připojíme na ideální zdroj napětí $U$, závaží pojede vzhůru rychlostí $v_{1}$. Jakou rychlostí bude závaží klesat, pokud zdroj odpojíme a vstup elektromotoru zkratujeme? Mechanické tření neuvažujte.

Představte si kruhovou smyčku tvořenou drátem. Radiálními vodiči přivádíme a odvádíme elektrický proud (viz obrázek). Jaké bude magnetické pole uprostřed smyčky? Poloměr smyčky je $R$, úhel mezi radiálními přívodními dráty $φ$ a proud v drátu $I$.

• Uvažujte potenciál elektrického pole, pro který platí

φ($\textbf{r})=\textbf{r}\cdot \textbf{A}\,,$

kde $\textbf{A}$ je konstantní vektor. Spočtěte vektor elektrické indukce, když víte, že $\textbf{E}=–\rm{grad}φ\,.$

• Spočtěte vektor magnetické indukce $\textbf{B}$, pokud pro vektorový potenciál platí

$\textbf{A}=(\textbf{r}×\textbf{G})/r\,,$

kde $\textbf{G}$ je konstantní vektor. Magnetickou indukci můžeme spočítat ze znalosti vektorového potenciálu pomocí vztahu $\textbf{B}=\rm{rot}\textbf{A}\,.$

• Určete, co je výsledkem působení Laplaceova operátoru na polohový vektor $\textbf{r}$. Laplaceův operátor působící na vektor definujeme podle vztahu

$Δ\textbf{A} = \rm{grad}\, \rm{div} \textbf{A} – \rm{rot}\, \rm{rot} \textbf{A}\,.$

Kovová palička může kmitat okolo koncového bodu. Její druhý konec se stále dotýká kovového oblouku. Bod závěsu je přes kondenzátor kapacity $C$ zapojený na střed kovového oblouku (t.j. nejnižší bod, ve kterém se nachází dolní konec paličky). Celé kyvadélko se nachází v homogenním magnetickém poli indukce $B$, které je kolmé na rovinu kmitů. Jaká je doba kmitu kyvadla, pokud hmotnost paličky je $m$ a tření a odpor drátu zanedbáme. Počáteční výchylku kyvadla $\alpha_{0}$ uvažujeme menší než $5\, \jd{^{\circ}}$.

• Určete velikost a směr magnetické indukce kruhového závitu o poloměru $a$. Uvažujte bod na ose závitu ve vzdálenosti $z$ od středu kruhové smyčky.
• Určete velikost a směr vektorů magnetické indukce $\textbf{B}$ a vektorového potenciálu $\textbf{A}$ ve vzdálenosti $a$ od přímého vodiče délky $l$, pokud jím prochází proud $I$.

• V prostoru je homogenní magnetické a elektrické pole (homogenní pole má svou veličinu všude stejnou co do velikosti i směru). Je dána velikost

$E$ i $B$ a tyto vektory jsou na sebe kolmé. Jak se musí pohybovat elektron, aby na něj nepůsobila žádná síla? Jak je to v případě, že $E$ a $B$ svírají úhel $60^{\circ}$?

• Jak bylo řečeno v seriálu, nezmění se při přemístění jednoho z nábojů síla působící na druhý náboj hned. Pokuste se na základě tohoto faktu vysvětlit, proč má elektromagnetické pole hybnost.

Na dielektrický disk volně se otáčející kolem své osy přilepíme závit supravodivého drátu v němž teče proud $I_{0}$. Dále kolem tohoto závitu symetricky přilepíme elektricky nabité kuličky o náboji $q$. Celý disk poté začneme pomalu zahřívat. V jistém okamžiku přestane být drát supravodivý, takže v něm přestane téct proud a změní se magnetický tok přes závit. V důsledku toho vznikne podle Faradayova zákona okolo tohoto závitu elektrické pole, které bude působit na přilepené náboje, takže se celý disk začne otáčet. Na druhou stranu musí zůstat podle zákona zachování hybnosti v klidu. Tak kde je v předcházejících úvahách chyba?

Mějme cívku ve tvaru „hranatého toroidu“. Řez osou rotační symetrie je zakreslen na obr. Vinutí toroidu má celkem $N$ závitů a v naznačeném směru jím protéká proud o velikosti $I/N$. Spočtěte magnetické pole uvnitř toroidu a zdůvodněte správnost vašeho výpočtu.

Není-li vám cizí slovo integrál, můžete jako bonus spočítat i indukčnost toroidu.