Question

みるる

(4)です
重力による位置エネルギーの減少分だということはわかるんですが、それが、重力が単位時間にする仕事、になぜなるのかがわかりません
F=BILの力の仕事とかは含まれないんですか？

そって降下を続けた。 レールと棒との摩擦および棒以外の部分の電気抵抗はないものと
292.磁場中の斜面をすべり下りる導体棒● 図のように,
磁束密度Bの鉛直上向きの一様な磁場中に,間隔Lの2本の
平行導体レールが水平に対して角0で固定されている。2
本のレールは上端で導線により接続されている。このレール
上に水平に長さL, 質量 m, 電気抵抗Rの導体棒 PQ をおく。
この棒に大きさ v0の初速度をレールにそって下向きに与え
ると,その後棒は水平を保ち, 一定の速さ vo のままレールに
B
Vo
30
L、
し,重力加速度の大きさをgとする。
(1) 棒を流れる電流の大きさIと向きを求めよ。Iは vo, R, B, L, 0を用いて表+
(2) 棒にはたらく力のつりあいから速さ vo を, R, B, m, g, L, 0 を用いて表せ。
(3) 棒で単位時間に発生するジュール熱Qを, R, B, m, g, L, 0を用いて表せ。
(4)このジュール熱は何によって供給されているか。
SPr

また,エネルギー保存則が成りたつことを考えると, ジュール熱の供給は導体棒の重力による位置工:
導体棒が磁場と平行に動く場合は, 磁場を横切らないため誘導起電力は生じない。 本間のように, 導:
292
24
で磁場を横切ることになり、
体棒が速さ voで磁場を斜めに横切る場合, 磁場に対する垂直な成分 み
導起電力はV=ひBL(=Vocos 0) となる(図 1)。
誘
ネルギーの減少によってなされている。
(1) 導体棒 PQの速度(大きさ vo)の磁場に垂直な
方向の成分の大きさは ひュ=0oCcos
本>賞よって, 誘導起電力の大きさVは
V=vuBL= voBLcos0
オームの法則より
B
Q(P)
1 導体棒 PQより上部の,
PQを含む閉じた回路を上向
きに貫く磁束が増えるので、
下向きの磁束を発生させるよ
うな誘導電流が, Q→P の向
きに流れる。
V」
Vo
図1
T=V- VoBL cos 0
R
R
向きは,レンツの法則より, Q→P の向き
(2) 導体棒 PQが磁場から受けるカFは,電流
が磁場から受ける力の式「F=IBI」より
E
垂直
抗力
Fcos0
F=IBL
ーェート
mgsin0
F
向きは,フレミングの左手の法則より,図2
の向き。斜面方向では, この力の成分と重力
の成分とがつりあうから
Fcos0=mgsin0
mg
図2
11
mgtan 0
ゆえに I=
1om BL
よって IBLcos0=mgsin0
…2②
る
mgtan 0
BL
VoBL cos 0
0, 2式より
R
mgRtan0回
Vo=
B'L'cos0
よって
sin@
日
を使って
tan 0=
cos 0
(3) ジュールの法則の式「Q=I°R+」に②式のIの値を代入して
mgRsin@
Vo=
mgtan0\?,
2)R×1=(
BL
mgtan0\?
R
B°L'cos°9
Q=
BL
あるいは
(4) 導体棒 PQ が単位時間に降下する高さをん, その間に重力が棒にする
仕事(棒の重力による位置エネルギーの減少分)を Wとする。
h=(vosin0)×1=osin0
mgRsin9
(BLcos0)
としてもよい。
Vo=
W=mgh=mgvosin0=mqmgR tan0
B°L'cos0
)sin0
mgtan 0
R°
BL
sin0
3
-=tan0 を使用。
Cos 0
(3)のQの値と比べて Q=W
よって,Qは, 重力が単位時間にする仕事 (重力による位置エネルギー
の減少分)によって供給されている。

ジュール熱

Answer 1

✨ 最佳解答 ✨

まろん

物理の本質を問うような、なかなか難しい質問ですね。
私なりの解釈をまとめましたので、載せておきます。

みるる

わかりました！ 丁寧にありがとうございます🙇‍♀️