Введение
Разберем ситуацию, когда человек бежит с мячом и подбрасывает его (Рис. 1).
Рис. 1. Подбрасывание мяча
Что можно сказать о движении мяча? Если вы бежите рядом, то увидите, что мяч будет двигаться вертикально вверх, затем вниз (Рис. 2).
Рис. 2. Движение мяча относительно бегущего рядом человека
Если вы стоите и смотрите на движение мяча со стороны, то увидите движение по кривой траектории (Рис. 3).
Рис. 3. Движение мяча относительно стоячего наблюдателя
А для жука, сидящего на мяче, он будет неподвижным (Рис. 4).
Рис. 4. Движение мяча относительно жука
Как мы уже говорили, описание движения зависит от системы отсчета (Рис. 5).
Рис. 5. Разные системы отсчета
Движение зависит от системы отсчета
|
С движущимся мячом вроде всё понятно: если, как жук, сидеть на этом мяче, он кажется нам неподвижным, а если стоять в стороне, то можно наблюдать его движение по определенной траектории (Рис. 3). Если же мяч лежит на полу, то он будет неподвижен и для жука, который сидит на нем, и для того, кто стоит рядом (Рис. 6).
Рис. 6. Неподвижный мяч Значит ли это, что мяч неподвижен в любой системе отсчёта? Вовсе нет. Относительно земли он неподвижен, относительно проезжающего мимо автомобиля он движется – в глазах пассажира автомобиля мяч «проплывёт» мимо окна (Рис. 7).
Рис. 7. Движение мяча относительно проезжающей мимо машины Относительно Солнца Земля движется вместе со всеми мячами и людьми (Рис. 8).
Рис. 8. Движение Земли относительно Солнца Собственно, те, кто утверждал, что Солнце вращается вокруг Земли, тоже в чём-то были правы. Для человека, находящегося на планете Земля, то есть в системе отсчёта, связанной с Землёй, так и происходит (Рис. 9).
Рис. 9. Движение Солнца относительно человека В этом и состоит относительность движения: говорить о любом движении есть смысл только в том случае, если выбрана система отсчёта |
Электромагнитное поле
Не только движение зависит от системы отсчета. Рассмотрим электрон (Рис. 10).
Рис. 10. Электрон
Его действие на другие заряды мы описываем понятием поля. Поле электрона имеет две составляющих – А и В. Составляющая А наблюдается в системах отсчета, в которых электрон неподвижен (Рис. 11).
Рис. 11. Электрон неподвижен
Составляющая В прибавляется системах отсчета, в которых электрон движется (Рис. 12).
Рис. 12. Поле движущегося электрона (зеленые линии)
Эти две составляющие поля электрона – А и В – назвали соответственно электрическое поле и магнитное поле (Рис. 13).
Рис. 13. Электрическое и магнитное поля
Почему такие названия, как будто это разные поля, не имеющие друг к другу отношения? Потому что их начали изучать очень давно, наблюдая отдельно их проявления, и не догадывались, что это составляющие одного поля – электромагнитного поля электрона.
Значит ли это, что всё до этого изучалось неправильно? Конечно, нет. Это удобные модели, которые помогают решить множество задач. Закон Кулона выполняется: два заряда взаимодействуют, силу взаимодействия мы можем измерить, она зависит от величины зарядов и расстояния между ними
Всё это для неподвижных зарядов (Рис. 14).
Рис. 14. Взаимодействие зарядов
И при рассмотрении этого случая неважно, назвать это взаимодействие электрическим или электрической составляющей электромагнитного. Главное выбрать ту систему отсчета, в которой электрон неподвижен, и применить модель электрического взаимодействия.
Электродвижущая сила
Электрические проявления электромагнитного поля мы изучили, магнитные тоже. Есть процессы, в которых проявляются обе составляющие электромагнитного поля. Будем их изучать, используя уже привычные нам модели: «изменяющееся электрическое поле создаёт магнитное...» и т.д. (Рис. 15).
Рис. 15. Изменяющееся электрическое поле создаёт магнитное
Оказывается, если магнитное поле изменяется, то возникает электрическое поле. Например, если в катушку продевать постоянный магнит, в катушке возникает электродвижущая сила (Рис. 16).
Рис. 16. Возникновение электродвижущей силы в катушке
Именно это наблюдение и навело на мысль, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны.
А мы на уроках данного раздела изучим ряд явлений, связанных с электромагнитным полем, рассмотрим закономерности, которым они подчиняются. В основном речь идет о возникновении ЭДС в контуре, через который изменяется магнитный поток, и в проводнике, который движется в магнитном поле. И самое главное – поговорим о том, как эти явления можно эффективно применить. Вспомним, что при изменении магнитного потока через контур в нем возникает ЭДС, это отличный источник электроэнергии, и этим способом генерируется подавляющее большинство всей электроэнергии в мире (Рис. 17).
Рис. 17. Источник энергии
Как именно это сделать – это тоже тема одного из уроков данного раздела.
На этом наш урок окончен, до свидания.
Домашнее задание
- Какую составляющую имеет поле электрона в системе отсчета, где он покоится; где он движется?
- Запишите формулу взаимодействия двух неподвижных зарядов. Как называется эта формула?
- Чему равен заряд электрона?
- Вследствие чего возникает электродвижущая сила?
Список рекомендованной литературы
- Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005.
- Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Чаругин В.М. Физика 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2014.
Рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
