Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

191. Задача для Золушки

Чтобы разделить гайки из разных материалов, нужно как-то воспользоваться различиями этих материалов. Латунь и сталь отличаются, например, плотностью. Но чтобы без кропотливых взвешиваний разделить латунные и стальные гайки по плотности, нужна жидкость промежуточной плотности, чтобы латунь в ней тонула, а сталь всплывала. Сомнительно, что это удастся обеспечить в домашних условиях.

Вряд ли нам помогут различная теплоемкость, теплопроводность, температура плавления: измерять тепловые свойства – не очень простая задача.

Не очень удобно пользоваться и различием в электрических свойствах: показатели вроде удельного сопротивления тоже довольно хлопотно измерять, к тому же делать это придется по отдельности для каждой гайки.

А вот магнитные свойства как будто созданы для решения этой задачи: сталь притягивается магнитом, а латунь нет. Остается надеяться, что магнит в хозяйстве у Золушки найдется.

192. Одинокий полюс

Нет, однополюсные магниты не получатся. У магнитного поля, в отличие от электрического, нет зарядов, на которых начинались бы и заканчивались линии поля. Северный и южный полюса магнита – это не «магнитные заряды», а всего лишь обозначения сторон магнита в соответствии с направлением линий магнитного поля. Линии магнитного поля всегда замкнуты, и для линий магнитного поля, создаваемого магнитом, это тоже справедливо: снаружи они идут от северного полюса к южному, а внутри магнита – в обратном направлении. Разломав магнит на две части, мы получим два двухполюсных магнита.

193. Намагничен ли брусок?

Стрелка компаса – это магнит и, как любой магнит, будет притягивать к себе железные предметы и притягиваться к ним. Другими словами, само по себе притяжение северного конца стрелки к железному бруску ни о чем не говорит.

Если брусок намагничен, то стрелка компаса будет взаимодействовать с ним, как магнит с магнитом: притягиваться разноименными полюсами и отталкиваться одноименными. Значит, если одна и та же часть бруска притягивает один конец стрелки и отталкивает другой конец стрелки, мы можем сделать вывод, что брусок тоже представляет собой магнит.

А можно ли сделать обратный вывод: если железный брусок притягивает к себе тот конец стрелки, который оказался ближе (то есть не отталкивает ни один из концов стрелки), то он не намагничен? Оказывается, нет: если взять обычный полосовой магнит с полюсами на краях, его средняя часть практически не обладает магнитными свойствами, то есть ведет себя как ненамагниченное железо. Значит, мы можем быть уверены, что брусок не намагничен, только в том случае, если любая его часть (не только средняя) притягивает к себе ближайший конец стрелки компаса, независимо от того, оказался ли этот ближайший конец северным или южным.

Ситуация, когда каждый из двух концов бруска притягивает к себе северную стрелку компаса, на первый взгляд кажется простой и однозначной: если бы брусок был намагниченным, у него должны были бы быть два полюса, один из которых отталкивал бы северный конец стрелки. Значит, брусок не намагничен?

Конечно, у магнита должны быть два полюса – но это не обязательно должны быть два конца бруска! Можно намагнитить брусок таким образом, чтобы оба его конца были южными полюсами, а середина – северным полюсом.

194. Поймать ток с поличным

Петля с током ведет себя как магнит, а магниты притягиваются разноименными полюсами. Это означает, что с той стороны, с которой поднесли северный полюс магнита, должен быть южный полюс «электромагнита», то есть силовые линии поля должны с этой стороны входить в середину петли. Пользуясь правилом правой руки, видим, что это происходит в том случае, если ток идет от клеммы 2 к клемме 1 (рис. 93).

Рис. 93

195. «Короткорукий» магнит

Магнит можно «удлинить» с помощью полоски железа. Держа магнит каким-либо полюсом у одного конца полоски, мы на время превратим ее в магнит – но этот магнит можно будет просунуть в щель!

196. Упрямый соленоид

Расположение полюсов электромагнита определяется направлением линий магнитного поля, созданного током, который течет по спирали. Если мы посмотрим от клеммы 1 вдоль спирали, мы увидим, что при таком подключении ток течет по виткам спирали по часовой стрелке (рис. 94).

Рис. 94

Пользуясь правилом правой руки, легко определить, что линии возникающего магнитного поля пройдут так, как показано на рисунке: внутри спирали от нас, а вне спирали – к нам. Другими словами, линии магнитного поля выходят из дальнего от нас конца соленоида и входят в ближний к нам конец. Значит, дальний от нас конец, подключенный к клемме 2, выступает в роли северного магнитного полюса, а ближний, подключенный к клемме 1, – в роли южного.