4. Какое влияние оказывает горизонтальное магнитное поле на вертикальную ось металлической втулки в велосипедном

a) Во время вращения велосипедного колеса с металлической осью и металлической втулкой через спицы проходит горизонтальное магнитное поле. Поскольку металлический обод колеса движется внутри этого магнитного поля, возникает изменяющийся магнитный поток через втулку. Изменение магнитного потока внутри металлической втулки создаёт электромагнитную индукцию (ЭДС) в втулке.

b) Существуют два способа увеличения ЭДС в данном случае. Первый способ – увеличение горизонтального магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем больше изменение магнитного потока и, соответственно, больше возникает ЭДС.

Второй способ – увеличение скорости вращения колеса. Чем быстрее вращается колесо, тем больше изменение магнитного потока и, следовательно, тем больше будет ЭДС.

c) Для вычисления величины электрической ЭДС, возникающей между контактами, нам необходимо знать формулу для расчета ЭДС индукции. Формула ЭДС индукции задается следующим образом:

\[E = -N \frac{d\Phi}{dt}\]

Где:
\(E\) - электрическая ЭДС
\(N\) - число витков
\(\frac{d\Phi}{dt}\) - скорость изменения магнитного потока

В данной задаче, нам известны следующие данные:
Радиус колеса (\(r\)) = 15 см = 0.15 м
Частота вращения колеса (\(f\)) = 5 оборотов/сек = 5 Гц
Индукция магнитного поля (\(B\)) = 5 мТл = 5 * 10^-3 Тл

По формуле, скорость изменения магнитного потока (\(\frac{d\Phi}{dt}\)) можно выразить следующим образом:

\(\frac{d\Phi}{dt} = B * A * \omega\)

Где:
\(A\) - площадь, ограниченная контуром (в нашем случае, это площадь, ограниченная окружностью радиусом колеса)
\(\omega\) - угловая скорость в радианах в секунду (\(\omega = 2\pi f\))

Подставим известные значения:

\(\frac{d\Phi}{dt} = 5 * 10^-3 Тл * \pi * (0.15 м)^2 * (2\pi * 5 Гц)\)

Выражаем электрическую ЭДС:

\(E = -N * \frac{d\Phi}{dt}\)

В данной задаче нам не дано число витков (N), поэтому не можем вычислить конкретное значение электрической ЭДС без этой информации. Однако, мы можем использовать данную формулу и подставить значение числа витков, если оно будет дано.