Как работает электродвигатель?

39

счета

$$\Delta E'_k = A'.$$

Таким образом, при перехождение от одной системы отчета к другой меняется не только кинетическая энергия, но и изменение кинетической энергии. Но всегда изменение кинетической энергии равно работе сил в этой системе отчета.

Определить, как меняется кинетическая энергия в зависимости от системы отчета, не сложно, Вычислить же изменение работы города сложнее. Расмотрим такую задачу.

Кубик сосальзывает без трения с наклонной плоскости высотой $h$ (рис. 3, а). У основания плоскости кинетическая энергия $E_{k2} = mv^2/2$, а начальная энергия $E_{k1} = 0$. Изменение кинетической энергии равно работе силы тяжесте:

$$\Delta E_k = E_{k2} - E_{k1} = \frac{mv^2}{2} = mgh.$$

Рассмотрим движение кубика с точки зрения инерциальной системы отчета, движущейся относительно наклонной плоскости со скоростью $v = \sqrt{2gh}$ (рис. 3, б). В этой системе начальная скорость кубика равна $v = \sqrt{2gh}$, а конечная скорость равна нулю, поэтому

$$\Delta E'_k = E'_{k2} - E'_{k1} = -\frac{mv^2}{2} \neq mgh.$$

Согласно теореме о кинетической энергии,

$$\Delta E'_k = -mgh = A'$$

— работа оказывается отрицательной. Дело в том, что в движущейся системе отчета сила реакции плоскости не перpendикулярна перемещению кубика. Она-то и совершает отрицательную работу (наряду с положительной работы силы тяжесте), уменышающий кинетическую энергию кубика. Однако вычислить ее неосредственно, не прибегая к закону сохранения энергии, веса затруднительно.

Закон сохранения импульса. Импульс силы не зависит от системы отчета. Поэтому и изменение импульса тела одинаково во всех инерциальных системах отчета:

$$\Delta P = F \Delta t.$$

В данном случае все очень просто — импульс тела при перехождение от одной системы отчета к другой меняется, но изменение импульса остается одним и тем же.

Г. Я. Мякшцев

Как работает электродвигатель?

Вопрос не такой простой, как кажется на первый взгляд. Естественный ответ со ссылкой на закон Ампера для силы, действующего на проводник с током со стороны магнитного поля, суть дела объясняет далеко не полностью.

Откуда береется сила Ампера? Она возникнет из-за того, что на движущейся в проводниках (металлических) электроды действует магнитная сила Лоренца. Ее модель

$$F = evB \sin \alpha,$$

где $e$ — заряд частицы, имеющей скорость $\vec{v}$, $\vec{B}$ — магнитная индукция, $\alpha$ — угол между векторами $\vec{v}$ и $\vec{B}$. Сила $\vec{F}$ перpendикулярна $\vec{v}$ и $\vec{B}$, и ее направление определяется правом левой руки. Казалось бы, если эта сила в любой момент времени перpendикулярна скорости, то работу совершать она не может. Тем не менее именно магнитная сила электродвигателя.

Столь же «загадочка» работа генератора, превращающего механическую энергию в энергию электрического тока. Если ЭДС индуцируется во врашающем якоре генератора,