جواب پرسش ۴-۲ صفحه ۱۱۶ فیزیک (2) - ریاضی فیزیک

این پرسش یک بحث گروهی است و پاسخ عددی ندارد. در گروه خود به این نکته‌ها برسید و نتیجه را در کلاس ارائه دهید.

۱. ساختار تندی‌سنج را از روی شکل بخوانید:

• یک آهنربای کوچک روی یکی از پره‌های چرخ جلو قرار دارد. با چرخیدن چرخ، این آهنربا هم دور محور چرخ می‌چرخد.
• پیچه کنار دوشاخ جلو ثابت است و با چرخ نمی‌چرخد.
• دو سر پیچه با سیم به نمایشگر تندی‌سنج وصل است.

۲. رخدادی را که در پیچه روی می‌دهد توصیف کنید:

• در هر دور چرخ، آهنربا یک بار از کنار پیچه می‌گذرد. وقتی آهنربا به پیچه نزدیک می‌شود، شار مغناطیسی عبوری از پیچه زیاد می‌شود و وقتی دور می‌شود، شار کم می‌شود.
• بنابر قانون فاراده، هرگاه شار مغناطیسی عبوری از پیچه تغییر کند، در آن نیروی محرکهٔ القایی به وجود می‌آید:

\[\mathcal{E}_{av} = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\]

• در نتیجه در پیچه یک جریان القایی کوتاه و تکرارشونده ایجاد می‌شود. در هر دور چرخ، یک پالس جریان دیده می‌شود.

۳. نتیجه‌گیری درباره‌ی تندی:

• هرچه چرخ تندتر بچرخد، آهنربا در بازه‌ی زمانی کوتاه‌تری از کنار پیچه می‌گذرد، یعنی \(\Delta t\) کوچک‌تر می‌شود و آهنگ تغییر شار \((\Delta\Phi/\Delta t)\) بزرگ‌تر می‌شود.
• در نتیجه نیروی محرکهٔ القایی و جریان القایی بزرگ‌تر می‌شود، و پالس‌ها در زمان کوتاه‌تری پشت سر هم می‌آیند.
• نمایشگر با شمردن تعداد پالس‌ها در یک بازه‌ی زمانی، تعداد دورهای چرخ را در آن بازه به دست می‌آورد. با دانستن محیط چرخ، تندی دوچرخه محاسبه و نشان داده می‌شود.

۴. جمع‌بندی گروه: تندی‌سنج دوچرخه بر پایه‌ی القای الکترومغناطیسی کار می‌کند. تغییر شار مغناطیسی در پیچه، که از حرکت آهنربا ناشی می‌شود، جریان القایی ایجاد می‌کند و تعداد این جریان‌ها تندی را نشان می‌دهد.