Kmitanie magnetky v homogénnom magnetickom poli.
Koubek, V., Pecen, I., Horňanský, Ľ.
Pomôcky: Jednovrstvová cievka (solenoid s dĺžkou do 20 cm, so závitmi navinutými vo vzájomnej vzdialenosti približne 1 cm a s krátkou magnetkou na ihle, otáčajúcou sa v horizontálnej rovine, umiestnenou v strede dutiny), zdroj jednosmerného napätia (batéria 12 V), reostat (13 ), ampérmeter (do 6 A), stopky, stály tyčový magnet.
Príprava a realizácia: Magnetka umiestnená v magnetickom poli kmitá s periódou závislou od magnetickej indukcie magnetického poľa. Presvedčíme sa o tom, ak k rozkmitanej magnetke približujeme magnet a sledujeme meniacu sa periódu.
Vysvetlenie: Z obrázku (obr. 1) vyplýva analógia medzi kmitaním kyvadla v gravitačnom poli s intenzitou a kmitaním magnetky v homogénnom magnetickom poli s magnetickou indukciou . Z analógie javov vyplýva očakávanie, že aj ich matematický opis bude navzájom podobný, napr.
obr. 1
Perióda kmitania kyvadla v gravitačnom poli
Perióda kmitania magnetky v homogénnom magnetickom poli
Konštanta v druhom z uvedených vzťahov závisí od vlastností magnetky.
obr. 2
Overenie: Na overenie použijeme solenoid s krátkou magnetkou umiestnenou v strede jeho dutiny. Magnetické pole v strede dutiny považujeme za homogénne. Ak je cievka umiestnená tak, že jej os splýva so smerom horizontálnej zložky magnetickej indukcie magnetického poľa Zeme, potom celková magnetická indukcia v strede dutiny cievky bude súčtom , kde
V poslednom vzťahu je konštanta, a znamienko (+) platí v prípade, že vektory , majú rovnaký smer.
Počet závitov cievky a jej dĺžku zostíme meraním cievky. V ďalšej fázi experimentu regulujeme reostatom prúd a z desiatich kmitov magnetky určujeme periódu kmitov magnetky. Dvojice tabelujeme a z hodnôt prúdu vypočítame hodnoty magnetickej indukcie . Dvojice zobrazíme v dvoch súradnicových sústavách: najprv v systéme s osami .
Ak bola správna domnienka o analógii kmitania oboch kyvadiel, je posledný graf lineárny a pretína zvislú os v bode .
Príklad grafického spracovania výsledkov merania v tabuľkovom kalkulátore programu IP-Coach je na obr. 3 a obr. 4.
Literatúra: Koubek, V. Meranie magnetickej indukcie metódou kmitov magnetky. Matematika a fyzika ve škole, 3 (1973), 8, str. 616-626.
obr. 3
obr. 4