پاسخ فعالیت 4 فصل 3 فیزیک یازدهم ریاضی

پاسخ تشریحی و گام به گام فعالیت ۴-۳ فیزیک یازدهم سلام! این یک فعالیت طراحی آزمایش بسیار جالب است که به ما اجازه می‌دهد نیروی مغناطیسی را به صورت غیرمستقیم و با استفاده از یک وسیله آشنا (ترازو) اندازه‌گیری کنیم. **هدف آزمایش:** اندازه‌گیری نیروی مغناطیسی ($$\vec{F}_B$$) وارد بر یک سیم حامل جریان در یک میدان مغناطیسی. **لوازم مورد نیاز:** 1. ترازوی دیجیتال (با دقت بالا، مثلاً ۰/۰۱ گرم) 2. آهن‌ربای نعلی شکل (برای ایجاد میدان مغناطیسی یکنواخت در یک ناحیه مشخص) 3. سیم رسانا (بخشی از آن باید مستقیم باشد) 4. منبع تغذیه DC (برای برقراری جریان الکتریکی) 5. آمپرسنج (برای اندازه‌گیری دقیق جریان) 6. پایه‌ها و گیره‌ها (برای نگه داشتن سیم و آهن‌ربا) **طرح آزمایش (بر اساس قانون سوم نیوتون):** ایده اصلی این است: نیرویی که آهن‌ربا به سیم وارد می‌کند، دقیقاً برابر و در خلاف جهت نیرویی است که سیم به آهن‌ربا وارد می‌کند ($$\vec{F}_{سیم \to آهنربا} = -\vec{F}_{آهنربا \to سیم}$$). ما نمی‌توانیم نیروی وارد بر سیم را مستقیماً با ترازو اندازه بگیریم، اما می‌توانیم **نیروی عمودی وارد بر آهن‌ربا** را اندازه بگیریم! **مراحل انجام آزمایش:** 1. **آماده‌سازی:** آهن‌ربای نعلی شکل را روی کفه ترازوی دیجیتال قرار دهید. ترازو را **صفر** کنید. با این کار، وزن خود آهن‌ربا از محاسبات حذف می‌شود و ترازو فقط **تغییرات نیرو** را نشان خواهد داد. 2. **استقرار سیم:** یک قطعه سیم مستقیم را با استفاده از پایه‌ها طوری به صورت افقی بین دو قطب آهن‌ربا قرار دهید که سیم با آهن‌ربا و ترازو **هیچ تماس فیزیکی** نداشته باشد. طول مشخصی از سیم ($$L$$) باید درون میدان یکنواخت قرار گیرد. جهت سیم باید **عمود** بر خطوط میدان مغناطیسی باشد (یعنی از یک قطب به قطب دیگر). 3. **برقراری جریان:** سیم را به منبع تغذیه و آمپرسنج وصل کنید. جریان ($$I$$) را برقرار کنید. 4. **مشاهده و اندازه‌گیری:** * به محض برقراری جریان، نیروی مغناطیسی به سیم وارد می‌شود (مثلاً به سمت بالا). طبق قانون سوم نیوتون، نیرویی هم‌اندازه و در خلاف جهت (به سمت پایین) به آهن‌ربا وارد می‌شود. * این نیروی رو به پایین، مانند یک **وزن اضافی** عمل کرده و عددی روی ترازو ظاهر می‌شود. این عدد، جرم ظاهری ($$m_{ظاهری}$$) است. * این جرم را یادداشت کنید. واحد آن گرم (g) است. 5. **محاسبه نیرو:** * نیرویی که ترازو نشان می‌دهد (که همان نیروی مغناطیسی است) برابر است با وزن معادل این جرم ظاهری: $$ F_B = W_{ظاهری} = m_{ظاهری} \times g $$ * **مهم:** جرم باید به کیلوگرم (kg) تبدیل شود. ($$m_{ظاهری} [kg] = \frac{m_{ظاهری} [g]}{۱۰۰۰}$$). * $$g$$ شتاب گرانش است ($$\approx ۹/۸ \, N/kg$$). **افزایش دقت و بررسی بیشتر:** * **تغییر جهت نیرو:** جهت جریان را برعکس کنید. حالا نیروی مغناطیسی روی سیم به سمت پایین و روی آهن‌ربا به سمت بالا خواهد بود. ترازو باید یک عدد **منفی** نشان دهد که به معنی سبک‌تر شدن ظاهری آهن‌رباست. اندازه این نیرو باید با حالت قبل برابر باشد. * **بررسی رابطه با جریان:** آزمایش را با جریان‌های مختلف (مثلاً ۱A، ۱.۵A، ۲A) تکرار کنید و نشان دهید که نیروی مغناطیسی محاسبه شده با جریان رابطه **مستقیم** دارد ($$F_B \propto I$$).