Решение

Республиканская олимпиада 2003 10 класс № 3

При изменении магнитного потока через проводящий контур в нем возникает ЭДС индукции, приводящая к появлению электрического тока. Эти токи создают свое магнитное поле, которое взаимодействует с движущимся

магнитом, вследствие чего и появляются силы «вязкого трения». Существует достаточно простой метод расчета этих сил: работа сил трения в точности равна количеству Джоулевой теплоты индукционных токов. Поэтому решение данной задачи сводится к вычислению мощности индукционного тока в кольце с последующим расчетом силы вязкости.

Вычислим магнитный поток через кольцо. Этот поток удобно рассчитывать через участок сферической поверхности , опирающейся на кольцо, с центром, находящимся в центре магнита. На этой поверхности радиальная составляющая магнитного поля является нормальной, поэтому магнитный поток через малую площадку равен . Поток через контур вычисляется как сумма потоков через все малые площадки на рассматриваемом участке сферы

Можно заметить, что является площадью проекции площадки на площадь кольца. Поэтому сумма, стоящая в формуле (1), равна площади кольца . По теореме Пифагора радиус сферы равен . Следовательно, поток через кольцо определяется формулой

Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС индукции равна производной от магнитного потока по времени

При выводе последнего соотношения учтено, что производная от равна скорости движения магнита . По закону Джоуля-Ленца вычислим мощность теплоты, выделяющейся в стержне

Равная ей мощность, развиваемая силами вязкости, рассчитывается «по определению» . Из равенства найденных мощностей получаем выражение для магнитной силы