Здравствуйте, McSeem2, Вы писали:

MS>Мне в очередной раз наскучили мои вычислительные геометрии.
Сговорились

Автор: sadomovalex
Дата: 09.11.07

, провокаторы!

MS> Напомню знатный флейм, в котором я принимал активное участие и выставил себя дураком
Ну, нас таких там было как минимум двое

MS>Тот спор закончился ничем.
То есть как это?! После окончания моего приступа дебилизма в основных позициях разговор был завершен. Остались "за кадром" лишь мелкие вопросы:
1) Взаимодействие электронов и положительных ионов магнита, т.е. каков именно механизм "превращения" приложенной к электронам силы Лоренца в приложенную к магниту силу Ампера. Если верить Тамму, "Основы теории электричества", данный вопрос ни разу не в пределах школьной программы и без привлечения ОТО не решается.
2) Детали, связанные с "конфигурацией" приложения провода к магниту — но это детали совершенно второстепенные, и мне было уже влом это все расписывать детально.

Так что данное сообщение с моей точки зрения — шаг назад. Но изволь.

MS>Сразу возникает вопрос — к чему приложена сила F? — к проводу, очевидно.

Вот поэтому у тебя и дальше ошибки. Какое очевидно? При чем здесь вообще провод? Ты смешал два совершенно разных процесса:
1) Взаимодействие тока в магните с магнитным полем, приводящее к вращению магнита;
2) Взаимодействие тока в проводнике с магнитным полем, приводящее к отклонению провода.

Первый процесс.

Вращение магнита определяется работой силы Лоренца, действующей на электроны, переносящие электрический ток в магните. Направление этого тока никак не зависит от расположения провода — это всегда направление "ось вращения — точка контакта". И все, что связано именно с возникновением вращательного момента, к проводу не имеет никакого отношения — все силы, включая настойчиво искомую тобой силу реакции, "работают" в пределах магнита.

Итак, сила Лоренца — сила взаимодействия между электроном и магнитным полем. Сила Лоренца приложена к электрону и магнитному полю. Т.е. реакция силы, действующей на электрон и приводящей в конечном итоге к возникновению вращательного момента, приложена к магнитному полю магнита, и стремится сместить магнит в направлении, перепендикулярном оси вращения и направлению тока.

Если ось вращения магнита при этом жестко закреплена (подшипником, etc), то реакция переносится в точке крепления на подшипник. А в случае висящего магнита он просто отклоняется от вертикали — как маятник. В общем случае величина этого отклонения определяется соотношением силы Лоренца и силы гравитационного притяжения магнита к Земле, и лишь в частном (случай 3 ниже) отклонению от вертикали мешает упругость провода.

Именно здесь — когда ось вращения отклоняется от вертикали — на уже "существующее" вращение начинает оказывать некоторое влияние расположение провода.
Возможны три ситуации:

1) Если если провод жестко закреплен строго вертикально или строго перпендикулярно оси вращения и касается магнита торцом, то магнит теряет при этом контакт с проводом (далее: ток прекращается, магнит возвращается в исходное положение, цикл начинается заново).
2) Наиболее частый случай — если провод закреплен тангенциально стороне магнита или под углом, причем точка закрепления провода лежит "позади" по отношению к направлению вращения, то магнит, отклоняясь от вертикали, теоретически не теряет контакта с проводом (просто перемещается на другую его точку) — в этом случае вращение достаточно равномерно. На практике из-за упругости провода магнит таки "подпрыгивает" на нем, теряя контакт, тем не менее в целом вращение достаточно ровное.
3) Наиболее сложный случай — когда провод расположен как в предыдущем случае, но точка закрепления лежит "впереди" по направлению вращения. Здесь сочетание вращения магнита и его отклонения от вертикальной оси приводят к тому, что отклоняясь, магнит будет "давить" на провод. В зависимости от упругости провода при этом возможна ситуация, когда сила трения между магнитом и проводом приведет к остановке вращения. Далее в идеале опять произойдет "перезапуск цикла", как в первом случае, но на практике вмешивается еще одно обстоятельство (оно играет роль всегда, но в данном случае наиболее заметно — это было одной из причин моего первоначального заблуждения). Дело в том, что в точке контакта провода и магнита плотность тока весьма и весьма велика. Это приводит к двум явлениям: окислению поверхности проводника (ток прекращается, магнит смещается с этой точки, "перезапуск цикла") и обычной сварке проводника и магнита — "залипанию" (вращение останавливается, перезапуска цикла нет, температура возрастает, в частном случае сварка при этом разрушается и тогда вращение продолжится). Поэтому вращение при таком приложении проводника достаточно неустойчиво.

Именно сочетание столь разных факторов, действующих в точке контакта, не позволило мне провести сколь-либо реальный численный расчет.

Второй процесс

MS> Для этого мы должны развернуть ток I в плоскости вращения магнита и направить его по касательной. Но сила F у нас так же обязана развенуться

Итак, ток в проводнике не имеет никакого отношения в возникновению вращающего момента на магните. Как течет ток в проводнике — применительно к вращению магнита никого не волнует, хоть узелком его завязывай. Сила же Ампера, возникающая в проводнике, лишь немного отклоняет провод, изменяя условия в точке контакта и в общем случае препятствует залипанию, не более. В целом же по всему контуру сумма сил Ампера == 0 (после установления равновесия между силой Ампера, действующей на различные участки провода, силой реакции в точках закрепления провода, силами упругости), и работы не совершает.