15 svar
336 visningar
Marx behöver inte mer hjälp
Marx 383
Postad: 14 maj 2020 22:45

Roterande cylinderformad stavmagnet

En cylinderformad stavmagnet roterar kring sin axel i pilarnas riktning som figuren visar. Ovanför magneten har placerats ett fuktat läskpapper. En droppe kopparsulfatlösning släpps ned på läskpapperet en bit från magnetens rotationsaxel.

Kommer de blåfärgade kopparjonerna i lösningen att påverkas av någon karaft från magneten?


Jag har löst uppgiften så här:

Men i facit står det att kraften ska vara riktad mot rotationsaxeln! Hur kan det stämma?

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 14 maj 2020 23:51

Jag tror du har ritat cu-jonernas hastighet åt fel håll. stavmagneten roterar åt det håll du ritat hastigheten, vilket får konsekvensen att Cu-jonerna roterar åt andra hållet, relativt stavmagneten.

Marx 383
Postad: 15 maj 2020 08:49
JohanF skrev:

Jag tror du har ritat cu-jonernas hastighet åt fel håll. stavmagneten roterar åt det håll du ritat hastigheten, vilket får konsekvensen att Cu-jonerna roterar åt andra hållet, relativt stavmagneten.

Hur kan hastigheten vara åt andra hållet?

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 15 maj 2020 10:51
Marx skrev:
JohanF skrev:

Jag tror du har ritat cu-jonernas hastighet åt fel håll. stavmagneten roterar åt det håll du ritat hastigheten, vilket får konsekvensen att Cu-jonerna roterar åt andra hållet, relativt stavmagneten.

Hur kan hastigheten vara åt andra hållet?

”Högerhandsregeln” kan användas om man beskriver den laddade partikelns hastighet (riktning) i förhållande till B-fältet.

Tänk dig att du hade förminskat dig till en liten myra, och befunnit dig på stavmagneten, på samma radie som laddningen. (Dvs att du hade följt med i samma hastighet som de B-fältlinjer som skär partikeln). Då hade du uppfattat att partikelns hastighet är riktad åt andra hållet mot vad du ritat.

Hänger du med?

Marx 383
Postad: 16 maj 2020 21:09 Redigerad: 16 maj 2020 21:21
JohanF skrev:
Marx skrev:
JohanF skrev:

Jag tror du har ritat cu-jonernas hastighet åt fel håll. stavmagneten roterar åt det håll du ritat hastigheten, vilket får konsekvensen att Cu-jonerna roterar åt andra hållet, relativt stavmagneten.

Hur kan hastigheten vara åt andra hållet?

”Högerhandsregeln” kan användas om man beskriver den laddade partikelns hastighet (riktning) i förhållande till B-fältet.

Tänk dig att du hade förminskat dig till en liten myra, och befunnit dig på stavmagneten, på samma radie som laddningen. (Dvs att du hade följt med i samma hastighet som de B-fältlinjer som skär partikeln). Då hade du uppfattat att partikelns hastighet är riktad åt andra hållet mot vad du ritat.

Hänger du med?

Menar du att det blir två olika scenarion om magneten roterar kring sin egen axel eller om det är partikeln själv som roterar kring axeln och magneten, i det fallet, ska stå stilla ?

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 17 maj 2020 09:31
Marx skrev:
JohanF skrev:
Marx skrev:
JohanF skrev:

Jag tror du har ritat cu-jonernas hastighet åt fel håll. stavmagneten roterar åt det håll du ritat hastigheten, vilket får konsekvensen att Cu-jonerna roterar åt andra hållet, relativt stavmagneten.

Hur kan hastigheten vara åt andra hållet?

”Högerhandsregeln” kan användas om man beskriver den laddade partikelns hastighet (riktning) i förhållande till B-fältet.

Tänk dig att du hade förminskat dig till en liten myra, och befunnit dig på stavmagneten, på samma radie som laddningen. (Dvs att du hade följt med i samma hastighet som de B-fältlinjer som skär partikeln). Då hade du uppfattat att partikelns hastighet är riktad åt andra hållet mot vad du ritat.

Hänger du med?

Menar du att det blir två olika scenarion om magneten roterar kring sin egen axel eller om det är partikeln själv som roterar kring axeln och magneten, i det fallet, ska stå stilla ?

Ja, det menar jag.

Vi har en formel F=qv×B, där vär en laddnings hastighet och Bär ett stillastående magnetfält. Man kan använda högerhandsregeln för att lista ut i vilken riktning kraften kommer att verka.

Det viktiga i formeln är med vilken vinkel och vilken hastighet relativt varandra som partikeln skär magnetfältets fältlinjer. Detta kan ju göras på två lika sätt. Antingen skickar du partikeln med en hastighet genom magnetfältet, eller så skickar du magnetfältet åt motsatt håll med samma fart "genom" partikeln.

(Ungefär samma sak som  om du sitter i en bil och möter en annan bil. Du kommer att uppleva samma hastighetsskillnad vare sig den ena eller andra bilen står stilla, så länge den bil som rör sig, rör sig med samma fart i båda fallen.)

Alltså, I figurens fall står partikeln stilla, och magnetfältet rör sig. Därmed kan du inte använda högerhandsregeln för att list ut kraftens riktning. Men det betyder också att det analoga fallet är om partikeln rör sig åt motsatt riktning, och magnetfältet står stilla. Och på det analoga fallet kan du använda högerhandsregeln.   

Marx 383
Postad: 17 maj 2020 15:47
JohanF skrev:
Marx skrev:
JohanF skrev:
Marx skrev:
JohanF skrev:

Jag tror du har ritat cu-jonernas hastighet åt fel håll. stavmagneten roterar åt det håll du ritat hastigheten, vilket får konsekvensen att Cu-jonerna roterar åt andra hållet, relativt stavmagneten.

Hur kan hastigheten vara åt andra hållet?

”Högerhandsregeln” kan användas om man beskriver den laddade partikelns hastighet (riktning) i förhållande till B-fältet.

Tänk dig att du hade förminskat dig till en liten myra, och befunnit dig på stavmagneten, på samma radie som laddningen. (Dvs att du hade följt med i samma hastighet som de B-fältlinjer som skär partikeln). Då hade du uppfattat att partikelns hastighet är riktad åt andra hållet mot vad du ritat.

Hänger du med?

Menar du att det blir två olika scenarion om magneten roterar kring sin egen axel eller om det är partikeln själv som roterar kring axeln och magneten, i det fallet, ska stå stilla ?

Ja, det menar jag.

Vi har en formel F=qv×B, där vär en laddnings hastighet och Bär ett stillastående magnetfält. Man kan använda högerhandsregeln för att lista ut i vilken riktning kraften kommer att verka.

Det viktiga i formeln är med vilken vinkel och vilken hastighet relativt varandra som partikeln skär magnetfältets fältlinjer. Detta kan ju göras på två lika sätt. Antingen skickar du partikeln med en hastighet genom magnetfältet, eller så skickar du magnetfältet åt motsatt håll med samma fart "genom" partikeln.

(Ungefär samma sak som  om du sitter i en bil och möter en annan bil. Du kommer att uppleva samma hastighetsskillnad vare sig den ena eller andra bilen står stilla, så länge den bil som rör sig, rör sig med samma fart i båda fallen.)

Alltså, I figurens fall står partikeln stilla, och magnetfältet rör sig. Därmed kan du inte använda högerhandsregeln för att list ut kraftens riktning. Men det betyder också att det analoga fallet är om partikeln rör sig åt motsatt riktning, och magnetfältet står stilla. Och på det analoga fallet kan du använda högerhandsregeln.   

Intressant! Nu har jag lärt mig nånting nytt. Tack!

Mesopotamia 1115
Postad: 13 jan 10:40 Redigerad: 13 jan 10:41

Hej!

Tack för välskrivna svar JohanF!

Om jag sammanfattar kärnan i det hela så är det att man ska betrakta stavmagneten som stående och läskpappret som roterande åt det motsatta hållet, och därmed kunna använda högerhandsregeln eftersom partikeln då rör på sig.

Alltså, I figurens fall står partikeln stilla, och magnetfältet rör sig. Därmed kan du inte använda högerhandsregeln för att list ut kraftens riktning. Men det betyder också att det analoga fallet är om partikeln rör sig åt motsatt riktning, och magnetfältet står stilla. Och på det analoga fallet kan du använda högerhandsregeln.   

Visst kan man inte använda högerhandsregeln på partikeln rakt av eftersom den helt enkelt inte rör sig? v=0?


Tack på förhand!


Tillägg: 13 jan 2025 10:42

Bonusfråga:

Visst blir den resulterande kraften en centripetalkraft i detta fall?

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 13 jan 11:35

Visst kan man inte använda högerhandsregeln på partikeln rakt av eftersom den helt enkelt inte rör sig? v=0?

Högerhandsregeln tillsammans med F=Bqv används då laddningen rör sig med hastigheten v relativt ett magnetfält B. I det här fallet blir ju laddningens hastighet relativt magnetfältet, motsatt magnetfältets rörelse relativt laddningen.

Bonusfråga:

Visst blir den resulterande kraften en centripetalkraft i detta fall?

Om droppen ligger stilla på läskpappret (vilket man inte riktigt vet ifrån uppgifttexten), så är den resulterade kraften noll, eller hur? Läskpappret utövar isåfall en friktionskraft på droppen som är motriktad magnetens kraft på droppen.   

Mesopotamia 1115
Postad: 13 jan 11:41 Redigerad: 13 jan 11:42

Högerhandsregeln tillsammans med F=Bqv används då laddningen rör sig med hastigheten v relativt ett magnetfält B. I det här fallet blir ju laddningens hastighet relativt magnetfältet, motsatt magnetfältets rörelse relativt laddningen.

Jag förstår. Tack!

Om droppen ligger stilla på läskpappret (vilket man inte riktigt vet ifrån uppgifttexten), så är den resulterade kraften noll, eller hur? Läskpappret utövar isåfall en friktionskraft på droppen som är motriktad magnetens kraft på droppen.   

Juste. Kan man tänka sig att om friktionskraften varit för liten, hade den då rört sig i en cirkelbana eller drar man resonemanget för långt då eftersom det är magneten som i verkligheten överhuvudtaget rör sig och läskpappret är stilla?

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 13 jan 18:15

Jag tycker din fråga är en jättebra reflektion! Du får ta mitt svar med en nypa salt, men ifall det inte finns någon friktion alls mellan läskpapper och droppe (dvs så att enda kraften på droppen är den magnetiska kraften) så _tror_ jag att droppen skulle röra sig in mot centrum, och stanna där. Eftersom ju närmare. centrum den kommer, destå mindre blir magnetfältets  hastighet.

Mesopotamia 1115
Postad: 13 jan 19:15 Redigerad: 13 jan 19:15

Tack för ditt svar!

centrum den kommer, destå mindre blir magnetfältets  hastighet.

Jag missar nog något uppenbart, men varför?

Det känns som att hastigheten är mycket större närmare in på en cirkels mitt än på randen... Dessutom tänker jag mig att magnetfältet ökar väl ju närmare mitten man kommer, om man tänker sig att fältlijnerna blir tätare? Jag spekulerar endast...

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 13 jan 19:47

Jag håller med dig att man har lite svårt att föreställa sig hur magnetfältet ser ut. Rimligtvis är det lite starkare ju närmare mitten droppen kommer. Men hastigheten kommer att minska med avståndet till rotations axeln (Tänk dig att stå på en karusell. Hiskelig fart längst ut, men kav lugnt om man står på rotationsaxeln.

Om hastigheten är noll så finns ingen magnetisk kraft, oavsett hur stort magnetfältet är.

Fortsätt att fråga. Vi kommer kanske fram till att jag har fel...

Mesopotamia 1115
Postad: 13 jan 19:51 Redigerad: 13 jan 19:52

Låter rimligt, det var ett bra exempel med karusellen. Och det är sant, när v=0 blir ju allt 0...


Tillägg: 13 jan 2025 19:53

Jag ska fundera och rita lite och återkommer.

Det här med hastigheten förstår jag praktiskt men egentligen inte teoretiskt. Vinkelhastigheten är samma överallt, men här är det "vanlig" hastighet i fokus? eller vad kallas det?

JohanF 5866 – Moderator
Postad: 13 jan 20:53

Det här med hastigheten förstår jag praktiskt men egentligen inte teoretiskt. Vinkelhastigheten är samma överallt, men här är det "vanlig" hastighet i fokus? eller vad kallas det?

Det är förståeligt. Jag tror man först börjar prata om vinkelhastighetens samband med tangentialhastigheten först på universitetsnivå (eller fysik3, i samband med tröghetsmoment och rotationsenergi).

Iallafall. Magnetfältets hastighet när droppen är på avståndet r från rotatationsaxeln, är v=ω·r där ωär magnetens vinkelhastighet i enheten radianer/s. Det betyder att magnetfältets hastighet kommer att minska när radien minskar (och radien minskar eftersom kraften är riktad i den riktningen) 

Mesopotamia 1115
Postad: 13 jan 20:59

Utmärkt förklaring, då hänger jag med!

Svara
Close