Простое объяснение правила буравчика

Содержание

Правило буравчика

Простое объяснение правила буравчика

Правило буравчика – упрощенная наглядная демонстрация при помощи одной руки правильного умножения двух векторов. Геометрия школьного курса подразумевает осведомленность учеников о скалярном произведении. В физике часто встречается векторное.

Понятие вектора

Полагаем, нет смысла истолковывать правило буравчика при отсутствии знания определения вектора. Требуется открыть бутылку – знание о правильных действиях поможет. Вектором называют математическую абстракцию, не существующую реально, выказывающую указанные признаки:

  1. Направленный отрезок, обозначаемый стрелкой.
  2. Точкой начала послужит точка действия силы, описываемой вектором.
  3. Длина вектора равна модулю силы, поля, прочих описываемых величин.

Не всегда затрагивают силу. Векторами описывается поле. Простейший пример показывают школьникам преподаватели физики. Подразумеваем линии напряженности магнитного поля. Вдоль обычно рисуются векторы по касательной. В иллюстрациях действия на проводник с током увидите прямые линии.

Правило буравчика

Векторные величины часто лишены места приложения, центры действия выбираются по договоренности. Момент силы исходит из оси плеча. Требуется для упрощения сложения. Допустим, на рычаги различной длины действуют неодинаковые силы, приложенные к плечам с общей осью. Простым сложением, вычитанием моментов найдем результат.

Векторы помогают решить многие обыденные задачи и, хотя выступают математическими абстракциями, действуют реально. На основе ряда закономерностей возможно вести предсказание будущего поведения объекта наравне со скалярными величинами: поголовье популяции, температура окружающей среды. Экологов интересуют направления, скорость перелета птиц. Перемещение является векторной величиной.

Правило буравчика помогает найти векторное произведение векторов. Это не тавтология. Просто результатом действия окажется тоже вектор. Правило буравчика описывает направление, куда станет указывать стрелка. Что касается модуля, нужно применять формулы. Правило буравчика – упрощенная чисто качественная абстракция сложной математической операции.

Аналитическая геометрия в пространстве

Каждому известна задачка: стоя на одном берегу реки, определить ширину русла. Кажется уму непостижимым, решается в два счета методами простейшей геометрии, которую изучают школьники. Проделаем ряд несложных действий:

  1. Засечь на противоположном берегу видный ориентир, воображаемую точку: ствол дерева, устье ручейка, впадающего в поток.
  2. Под прямым углом линии противоположного берега сделать засечку на этой стороне русла.
  3. Найти место, с которого ориентир виден под углом 45 градусов к берегу.
  4. Ширина реки равна удалению конечной точки от засечки.

Определение ширины реки методом подобия треугольников

Используем тангенс угла. Не обязательно равен 45 градусов. Нужна большая точность – угол лучше брать острым. Просто тангенс 45 градусов равен единице, решение задачки упрощается.

Аналогичным образом удается найти ответы на животрепещущие вопросы. Даже в микромире, управляемом электронами.

Можно однозначно сказать одно: непосвященному правило буравчика, векторное произведение векторов представляются скучными, занудными. Удобный инструмент, помогающий в понимании многих процессов.

Большинству будет интересным принцип работы электрического двигателя (безотносительно к конструкции). Легко может быть объяснен использованием правила левой руки.

Во многих отраслях науке бок-о-бок идут два правила: левой, правой руки. Векторное произведение иногда может описываться так или эдак. Звучит расплывчато, предлагаем немедленно рассмотреть пример:

  • Допустим, движется электрон. Отрицательно заряженная частица бороздит постоянное магнитное поле. Очевидно, траектория окажется изогнута благодаря силе Лоренца. скептики возразят, по утверждениям некоторых ученых электрон не частица, а скорее, суперпозиция полей. Но принцип неопределенности Гейзенберга рассмотрим в другой раз. Итак, электрон движется:

Расположив правую руку, чтобы вектор магнитного поля перпендикулярно входил в ладонь, вытянутые персты указывали направление полета частицы, отогнутый на 90 градусов в сторону большой палец вытянется в направлении действия силы. Правило правой руки, являющееся иным выражением правила буравчика. Слова-синонимы. Звучит по-разному, по сути – одно.

Правило левой руки

  • Приведем фразу Википедии, отдающую странностью. При отражении в зеркале правая тройка векторов становится левой, тогда нужно применять правило левой руки вместо правой. Летел электрон в одну сторону, по методикам, принятым в физике, ток движется в противоположном направлении. Словно отразился в зеркале, поэтому сила Лоренца определяется уже правилом левой руки:

Если расположить левую руку, чтобы вектор магнитного поля перпендикулярно входил в ладонь, вытянутые персты указывали направление течения электрического тока, отогнутый на 90 градусов в сторону большой палец вытянется, указывая вектор действия силы.

Видите, ситуации похожие, правила просты. Как запомнить, которое применять? Главный принцип неопределенности физики. Векторное произведение вычисляется во многих случаях, причем правило применяется одно.

Слова синонимы: рука, винт, буравчик

Вначале разберем слова-синонимы, многие начали спрашивать себя: если тут повествование должно затрагивать буравчик, почему текст постоянно касается рук. Введем понятие правой тройки, правой системы координат. Итого, 5 слов-синонимов.

Потребовалось выяснить векторное произведение векторов, оказалось: в школе это не проходят. Проясним ситуацию любознательным школьникам.

Декартова система координат

Школьные графики на доске рисуют в декартовой системе координат Х-Y. Горизонтальная ось (положительная часть) направлена вправо – надеемся, вертикальная – указывает вверх. Делаем один шаг, получая правую тройку. Представьте: из начала отсчета в класс смотрит ось Z. Теперь школьники знают определение правой тройки векторов.

В Википедии написано: допустимо брать левые тройки, правые, вычисляя векторное произведение, несогласны. Усманов в этом плане категоричен. С разрешения Александра Евгеньевича приведем точное определение: векторным произведением векторов называют вектор, удовлетворяющий трем условиям:
  1. Модуль произведения равен произведению модулей исходных векторов на синус угла меж ними.
  2. Вектор результата перпендикулярен исходным (вдвоем образуют плоскость).
  3. Тройка векторов (по порядку упоминания контекстом) правая.

Правую тройку знаем. Итак, если ось Х – первый вектор, Y – второй, Z будет результатом. Почему назвали правой тройкой? По-видимому, связано с винтами, буравчиками. Если закручивать воображаемый буравчик по кратчайшей траектории первый вектор-второй вектор, поступательное движение оси режущего инструмента станет происходить в направлении результирующего вектора:

  1. Правило буравчика применяется к произведению двух векторов.
  2. Правило буравчика качественно указывает направление результирующего вектора этого действия. Количественно длина находится выражением, упомянутым (произведение модулей векторов на синус угла меж ними).

Теперь каждому понятно: сила Лоренца находится согласно правилу буравчика с левосторонней резьбой. Векторы собраны левой тройкой, если взаимно ортогональны (перпендикулярны один другому), образуется левая система координат. На доске ось Z смотрела бы в направлении взгляда (от аудитории за стену).

Простые приемы запоминания правил буравчика

Люди забывают, что силу Лоренца проще определять правилом буравчика с левосторонней резьбой. Желающий понять принцип действия электрического двигателя должен как дважды два щелкать подобные орешки.

В зависимости от конструкции число катушек ротора бывает значительным, либо схема вырождается, становясь беличьей клеткой.

Ищущим знания помогает правило Лоренца, описывающее магнитное поле, где движутся медные проводники.

Для запоминания представим физику процесса. Допустим, движется электрон в поле. Применяется правило правой руки для нахождения направления действия силы. Доказано: частица несет отрицательный заряд.

Направление действия силы на проводник находится правилом левой руки, вспоминаем: физики совершенно с левых ресурсов взяли, что электрический ток течет в направлении противоположном тому, куда направились электроны. И это неправильно.

Поэтому приходится применять правило левой руки.

Не всегда следует идти такими дебрями. Казалось бы, правила больше запутывают, не совсем так. Правило правой руки часто применяется для вычисления угловой скорости, которая является геометрическим произведением ускорения на радиус: V = ω х r. Многим поможет визуальная память:

  1. Вектор радиуса круговой траектории направлен из центра к окружности.
  2. Если вектор ускорения направлен вверх, тело движется против часовой стрелки.

Посмотрите, здесь опять действует правило правой руки: если расположить ладонь так, чтобы вектор ускорения входил перпендикулярно в ладонь, персты вытянуть по направлению радиуса, отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление движения объекта. Достаточно однажды нарисовать на бумаге, запомнив минимум на половину жизни. Картинка действительно простая. Больше на уроке физики не придется ломать голову над простым вопросом – направление вектора углового ускорения.

Аналогичным образом определяется момент силы. Исходит перпендикулярно из оси плеча, совпадает направлением с угловым ускорением на рисунке, описанном выше.

Многие спросят: зачем нужно? Почему момент силы не скалярная величина? Зачем направление? В сложных системах непросто проследить взаимодействия.

Если много осей, сил, помогает векторное сложение моментов. Можно значительно упростить вычисления.

Источник: https://VashTehnik.ru/enciklopediya/pravilo-buravchika.html

Правило буравчика – определение, формулировка и применение

Простое объяснение правила буравчика

Узнать путь перпендикуляра к двум выбранным векторам и понять направление стержня можно при помощи нескольких способов. В физике правило буравчика определяет вектор силы электромагнитной области в первоначальной точке и направление витков проводника вокруг вращательного центра.

Способы применения правила взаимодействуют друг с другом в случае определения положительного курса при вычислении произведения элементов векторного расстояния и координатной сингонии. Базис является сочетаемым набором лучей. При этом каждый элемент в области является единым в линейном сочетании отрезков.

Выводы:

  • в магнитном пространстве взаимодействуют неподвижный магнит, перемещающееся тело, частицы с разными зарядами;
  • поведение электронов зависит от действия электромагнитного поля;
  • движущийся проводник является ориентиром для перемещения заряженных элементов, а силовые линии действуют на магнитоэлектрический проводник.

Принцип определяет направляющие показатели тела, которое продвигается в магнитной области. Выбор пути векторной величины относится к условным понятиям, но проходит всегда одинаково. Полярность постоянна.

Применение правила

Есть несколько способов диагностики курса перпендикулярного исходным лучам вектора и координатных величин. Иногда нужна характеристика только одного из этих понятий. Алгоритм применяется для вычисления направления главных форматов взамен других способов. При этом должно быть известно положение множителей в согласующихся формулах.

При применении по формулировке правила буравчика проводник берется в руку, а 4 пальца складываются в кулак. Главный палец остается в вертикальном положении — вверх или вниз. Он показывает курс движения электрического потока. Пальцы, поставленные параллельно, координируют направление электромагнитных линий потенциального поля.

Отставленный большой палец может открыть равномерное передвижение проводного стержня и посыл электрического тока. При использовании правила правой руки исследуемый провод помещается в ладонь. Сжатые четыре пальца указывают направление магнитных линий, уходящих в ладонь.

Правило правой руки применяется при определении стремления электрического тока в соленоиде. Индуктивная катушка берется в соответствующую руку так, чтобы закрытые пальцы говорили о направлении тока в обмотках. Большой палец, отставленный под 90º, показывает путь потенциальных линий внутри устройства. Направление электрического тока определяется при известных показателях полярности.

При использовании правила левой руки проводник располагается так, чтобы векторные показатели индукции были направлены в центр ладони, а распрямленные пальцы указывали курс прохождения тока. Большой палец показывает направление силы Ампера, взаимодействующей со стержнем магнитного поля.

Во втором варианте правила левой руки проводник помещается в кисть так, чтобы потенциальные линии следовали в плоскость ладони под прямым углом, а пальцы показывали передвижение положительных частиц. Это направление должно быть противоположно перемещению отрицательных частиц. Большой палец покажет курс действия силы Лоренца.

Механическое вращение

Вращательный вектор зависит от луча угловой скорости и начала движения в исходной точке. Величина рассчитывается перемножением векторов. Радиальная скорость показывает темп оборотов предмета вокруг осевого центра.

Значение радиальной скорости показывается:

  • числовым значением при вращении в двухмерной области;
  • условным вектором при передвижении в трехмерной области: координаты луча меняют направление и знак при изменении системы координат;
  • величиной, которая изменяет знак со сменой индексации при общем расположении.

Иногда перемножения векторов бывает достаточно, но в других случаях нужны простые и удобные способы. Закономерность винта и правой ладони используется при нахождении курса модуля луча.

Методы нахождения пути модуля отрезка:

  • закон гласит, что поворот буравчика в направлении вращения провода показывает путь угловой скорости;
  • по закону правой ладони провод берется соответствующей кистью и вращается по курсу четырех пальцев, при этом главный отставленный палец показывает направление угловой скорости.

Направление импульсного момента изменяется прямо пропорционально быстроте осевых оборотов. Для вычисления величины используется коэффициент положительного импульса.

Потенциальный момент и магнетизм

Поворачивающий и прокручивающий момент является физической величиной. Он конгруэнтен произведению радиальных лучей и потенциала, проложенных от центральной линии к точке приложения. Характеристики момента определяют показатели давления на твердом теле.

Правила являются почти аналогичными определению пути модуля, но отличаются некоторыми элементами:

  • правило буравчика говорит, что оборот винта по пути потенциального поворота тела покажет курс момента силы;
  • по правилу правой руки проводник поворачивается в кисти в направлении отставленных пальцев (по пути приложения поворотного потенциала), а направление главного пальца под углом 90º укажет курс поворачивающего момента.

В науке индукция является векторным сочетанием, характеризующим магнитное пространство. Значение показывает действие электромагнитной области на поляризованных электронах. Наведенная индукция выражает силу воздействия поля на частицу, движущуюся с выбранной скоростью.

Пример применения правила:

  • если равномерное вращение буравчика соответствует курсу тока в соленоиде, то направление рукояти совпадает с посылом луча магнитной индукции;
  • правая кисть ставится так, что главный палец указывает направление перемещения электронов, а отогнутые пальцы — путь луча полученной индукции.

В металлическом стержне присутствуют свободные заряды, которые движутся хаотично. Движение проводника в электромагнитном пространстве ведет к отклонению поляризованных частиц и созданию нацеленной индукции электромагнитного пространства.

Электроны скапливаются на одном конце осевого стержня, а на другом есть нехватка частиц. Правило Ленца говорит, что индукционный ток цепи идет в направлении, ослабляющем причины тока электронов. При перемещении провода по курсу силовых линий действие области на заряды уменьшается, и электродвижущего потенциала нет.

Левая и правая координатная система

Векторные прямоугольные показатели координат берутся для вычисления состояния различных отрезков. При этом ордината и абсцисса нацеленного луча соответствуют исходному положению точки и совпадает с окончательными характеристиками.

Если начальные и конечные координаты векторов не сочетаются, то делают следующее:

  • перенос направленного отрезка так, что его начало совпадало с исходом координатной области;
  • вычитание значений ординаты и абсциссы края отрезка из системных показателей начала луча вместо передвижения исходной точки.

В соответствии с правилом буравчика, нахождение отрезка на координатной плоскости соответствует векторной стереопроекции на основной стержень и позволяет использовать закономерность правой руки.

Задачи измерения негласно оговаривается в каждом отдельном случае.

Эти закономерности относятся к условным понятиям, но векторное сочетание выбирается с учетом одинакового масштаба декартовой плоскости по направлению любых осей.

При этом нужно следовать определенным закономерностям:

  • применяется левый упорядоченный векторный набор, если использование правостороннего скопления невозможно;
  • левый и правый векторные наборы являются конгруэнтными в зеркальном видении.

Правила применяются для вычисления пути векторного произведения и закономерностей построения лучей плюсового направления. Такой способ определения имеет смысл при прямом токовом проводнике. Принцип не работает в отношении класса катушек индукции, когда тоководитель представляет обмотки конструкции и не является прямолинейным.

Векторное произведение

Итог определяется по принципу буравчика и правой ладони, когда отрезки отображаются с совпадением истоков, а поворот первого луча проходит по краткому пути к следующему вектору. В этом случае винт проворачивается по пути следования основы итога перемножения векторов. В виде буравчика используется метиз с правой нарезкой спирали.

Если при расположении проводника в правой руке пальцы складываются на стержень, то они определяют путь спиралей, а большой палец показывает направление базисного произведения.

Иногда лучи совпадают с истоками в определенной точке.

В этом случае большой палец показывает курс первого отрезка (участника произведения), указательный располагается вдоль второго луча, а средний по закономерности буравчика определит направление итога от перемножения векторов.

Лучи и пространственные показатели

Векторное взаимодействие двух лучей в трехмерной области определяется участком луча, который находится в перпендикулярном положении к их начальным модулям.

Длина векторного произведения высчитывается в виде площади прямоугольника или параллелограмма, расположенного между исходными отрезками. Курс лучей берется так, чтобы первые 3 результативных вектора были расположены справа.

Если один из них имеет нулевой показатель, то итог перемножения стремится к нулевому результату.

Правило буравчика или закономерности левой и правой руки не относятся к обязательным нормативам эксплуатации электротехники. Иногда характеристики магнитного пространства определяются по формулам векторного отношения. Следует знать следующее:
  1. Закон буравчика предполагает поворачивание шурупа и луча так, что первый вектор тяготеет к слиянию со вторым по кратчайшему пути: винт направленностью поворота покажет путь третьего правого базиса.
  2. По принципу правой ладони при параллельном расположении участков по линиям большой палец располагается вдоль правого луча (X), указательный — лежит по курсу второго отрезка (Z). Средний палец укажет положение третьего вектора по оси (Y), а объединение векторов будет располагаться справа от центральной оси.

Для использования правила буравчика наблюдатель должен обладать небольшим воображением, чтобы мысленного провести повороты и правильно расположить пальцы рук.

Нахождение электродвижущей силы

ЭДС возникает при пересечении проводником электромагнитного поля или в случае трансформации свойств потенциального пространства. Сила измеряется скоростью изменения магнитного течения. Увеличение или уменьшение тока реформирует создаваемый поток, который взаимодействует с соседними проводниками.

Направление ЭДС индукции выявляется по правилу правой ладони. Кисть с проводником ставится так, чтобы в руку входили потенциальные линии, а отставленный палец определял направление провода. Распрямленные 4 пальца укажут путь прохождения тока в замкнутом контуре.

Если буравчик проворачивать по курсу пространственного завихрения в месте возникновения векторов, то его поступательное движение укажет путь вращения ротора двигателя. Это можно увидеть, если четыре пальца правой кисти сжать по направлению вихря. Отогнутый палец покажет искомый путь.

Источник: https://nauka.club/fizika/pravil%D0%BE-buravchika.html

Общее (главное) правило

Рассматриваемая методика применима не только для решения электротехнических задач. Общие принципы справедливы для многих процессов, которые описывают с применением векторных обозначений. Эта форма позволяет, кроме амплитуды, оперировать с направлением силы. В определенной ситуации результирующее воздействие определяется умножением соответствующих векторов.

Декартова система координат

На практике чаще используют первый пример на картинке – правый (положительный) базис. В соответствии с базовым определением подразумевается совмещенное положение векторов. В этом варианте кратчайший поворот от первого (i) ко второму (j) выполняется против направления движения стрелок на циферблате чатов.

Для произведения двух векторов

Удобный для практического применения закон буравчика создан с учетом типовых технических решений. Шурупы и другие крепежные изделия, как правило, изготавливают с аналогичной резьбой (правой). Это соответствует физиологии человека, позволяет развивать большие усилия естественным движением кисти руки.

«Оружейное» мнемоническое правило

Запомнить метод буравчика можно с помощью показанной на рисунке конфигурации пальцев, которой изображают «пистолет». Для устойчивой ассоциации с определенными физическими величинами нужно вспомнить англоязычную аббревиатуру американских спецслужб (ФБР – I). При таком расположении пальцы будут показывать следующие вектора:

  • большой – ток в проводнике (I);
  • указательный – магнитную индукцию (B);
  • средний – силовое воздействие (F).

Для базисов

Аналогичным образом запоминают ориентацию векторных составляющих при рассмотрении базисов. Также применяют мнемоническое правило на основе часов. В таком варианте два вектора ассоциируются со стрелками часов. Результат умножения направлен в глубину механизма либо к наблюдателю, соответственно.

Мнемонические правила для отдельных случаев

Представленные технологии не обязательны для использования при решении практических задач. Правило правой руки в физике используют в качестве вспомогательного инструмента.

Вычисления делают с применением стандартных методик векторной алгебры. Однако достаточно часто требуется ускоренное уточнение направления магнитных линий либо иного параметра.

Не всегда нужны сведения о силе токе в амперах, другие точные данные. В подобных ситуациях пригодятся правила буравчика по физике.

Для механического вращения скорости

Удобные и понятные правила можно применить в разных сферах деятельности.

Для угловой скорости

Для рассмотрения механических систем часто приходится оперировать с выражениями угловой скорости (w) и перемещения (v). По движению буравчика определяют направление вектора w.

Для момента импульса

Этот же принцип используют для уточнения параметров момента импульса (L), который зависит от общей массы и ее распределения в исследуемом объекте. Однако выяснить направление вектора можно с применением простого правила буравчика.

Для момента сил

По классическому определению вращающий момент (M) равен произведению векторов силы (F) и радиуса (r), который соединяет точки оси вращения и места приложения соответствующего воздействия.

Для расчетов применяют сложные вычисления с использованием интегралов и угловых проекций. Движение тела будет соответствовать перемещению буравчика.

Подразумевается вращение рукоятки его в сторону соответствующего момента сил.

Магнитостатика и электродинамика

Земля создает мощное поле, защищающее людей от солнечной радиации. Под его воздействием стрелка компаса перемещается в определенное положение. Ток, проходящий через проводник, создает силовое воздействие для вращения двигателя.

Обратный алгоритм действий применяют для генерации электроэнергии. Отмеченные процессы можно сформулировать и описать комплексом уравнений.

Правило правой руки позволяет определить отдельные параметры в электродинамике без лишних сложностей.

Магнитная индукция

Рассматриваемое явление открыто в начале 19 века. Основные зависимости физических величин определены законом Фарадея:

E = – dФ/dt,

где:

  • Е – электродвижущая сила;
  • Ф – магнитный поток, который создается вектором индукции;
  • t – контрольный временной интервал.

Позднее были определена зависимость ЭДС не только от формы силы внешнего воздействия. Ток появляется и в проводнике, который движется в стабильном магнитном поле. Био-Савар установил векторную зависимость экспериментально. Позднее Лаплас сделал общее определение и уточнил принципы вычислений для перемещающего единичного заряда. Эти постулаты стали основой современной магнитостатики.

В приведенном выражении «минус» перед второй частью объясняется условием противоположной направленности линий соответствующего магнитного потока (закон Лоренца) току в проводнике.

Для упрощенного рассмотрения методики правило буравчика кратко будет обозначаться далее в тексте аббревиатурой «ПБ». Правило левой руки или правой – «ПЛР» или «ППР», соответственно. Иные сокращения для обозначения направлений:

  • перемещения винта (буравчика) – НДБ;
  • вращения ручки – НВР;
  • отставленного на прямой угол большого пальца – НБП;
  • сложенных других пальцев – НСП.

Условные сокращения

МетодСоответствие
ПБ
НДБтоку в контрольном проводнике
НВРвектору (В), созданному пропускаемым током
ППР
НБПтоку
НСПсиловым линиям

Для тока в проводнике, движущемся в магнитном поле

Метод определенияСоответствие
ППР
НБПдвижению контрольного провода
НСП (прямая ладонь, силовые линии входят перпендикулярно)индукционного тока

Уравнения Максвелла

В этом случае применяют возможность выражения операции ротора через произведение двух векторов. Для простоты понимания можно представить вращающуюся жидкую среду обладающей определенной угловой скоростью.

Методы определения базовых параметров

МетодСоответствие
ПБ
НДБвекторному выражению ротора
НВРзавихрениям поля
ППР
НБПвектору ротора (потоку, который проходит через контрольный контур)
НСПзавихрениям (индуцируемой электродвижущей силе)

Правила левой руки

Вектор магнитной индукции: формула

По аналогичным принципам заполнены представленные в следующих разделах таблицы.

Первое правило

МетодСоответствие
ПЛР
НБПдействующей на проводник силе
НСП (прямая ладонь)току в контрольном проводе

Пояснение методики при размещении провода в постоянном магнитном поле

Для следующего варианта изменены исходные условия:

  • постоянный магнит неподвижен;
  • заряд перемещается с пересечением силовых линий.

Второе правило

Метод определенияСоответствие
ПЛР
НБПдействующей на заряд силе
НСП (прямая ладонь)движению частицы с положительным зарядом

Объяснение названия

Явление электромагнитной индукции

После изучения общих принципов и формулировок пользоваться рассмотренными правилами несложно. Ниже подробно представлены методики, которые применяют при работе с электротехническими схемами.

В частности, с их помощью определяют направление тока. При необходимости уточняют параметры образованного поля. Аналогичные технологии можно использовать в механике для оценки угловой скорости и других рабочих параметров системы. Изменяются только отдельные компоненты формул.

Алгоритмы применения технологий остаются неизменными.

Связь магнитного поля с правилами

В этой части публикации рассматриваются электрические величины. Поэтому следует напомнить о направлении течения тока в проводке – от «плюса» источника питания к «минусу». От контрольной точки с большим потенциалом (ϕ1=10 B) – к месту измерения с относительно меньшим (ϕ1= 5 B).

Кольцевая проводящая конструкция

На иллюстрации представлена кольцевая конструкция. Для уточнения характеристик системы в соответствии с базовыми правилами винт вкручивают с учетом реального направления силовых линий. Вращение рукоятки соответствует току в проводе, подключенному к источнику питания.

В этом примере необходимо выяснить направление вектора (В) магнитной индукции и соответствующую конфигурацию линий силового поля. Для проверки сжимают руку в кулак. Один палец ставят вертикально – известный жест «Класс!». Он будет соответствовать движению тока. Вектор, обозначающий магнитное поле, совпадает с положением четырех сжатых пальцев.

Важно! Нельзя прикасаться к проводнику под напряжением при проведении эксперимента, чтобы исключить поражение электротоком.

Для наглядности опыт можно повторить с железными опилками. Гранулы рассыпают на плоской поверхности.

Допустимо использование листа картона, другого материала с нейтральными по отношению к электромагнитным полям свойствами. В центре перпендикулярно устанавливают провод.

После подключения к источнику тока можно наблюдать распределение полос, которое соответствует линиям созданного силового поля.

К сведению. По рассмотренной схеме определяют полюса катушки, подключенной к источнику питания. Пользуются стандартным алгоритмом ППР. Отогнутый большой палец будет показывать на северный полюс.

Особенности соленоида

Электромагнитное поле создает катушка, подключенная к источнику питания. На примере с кольцевой конструкцией понятно неравномерное распределение силовых линий. Это затрудняет создание рабочих схем с заданными расчетными параметрами.

Отмеченный недостаток устраняют с применением соленоида. При достаточно большом количестве витков в центральной части образуется равномерное поле с параллельными силовыми линиями.

«Краевыми» искажениями, если длина значительно больше, по сравнению с диаметром, можно пренебречь. Фактически эта конструкция выполняет функции постоянного магнита.

Существенное преимущество – возможность создания изделий с определенными расчетом (изменяемыми) рабочими параметрами.

Катушка и кольцевая конструкция

Для уточнения параметров поля берут катушку, как показано на картинке. Сжатые пальцы направляют с учетом подключенного электропитания. Обеспечивают совпадение с током. Большой палец отгибают в сторону. Он будет показывать сторону, в которую направлен вектор силовых линий магнитной индукции.

К сведению. Аналогичным образом применяют правило буравчика. По этой методике винт вкручивают от «+» подключенной аккумуляторной батареи к «минусовой» клемме.

Как узнать направление тока

По изученным правилам действуют для уточнения этого параметра. Движение винта должно соответствовать вектору силовых линий магнитной индукции. По вращению рукоятки винта узнают направление тока.

Применение ППР

При пользовании рассмотренными методиками следует исключить возможные ошибки по причине подобных названий. Правило левой руки используют для проверки сил, которые воздействуют на изделие из проводящего материала при размещении образца в магнитном поле.

Сжатые пальцы располагают в соответствии с током. Силовые линии должны входить в открытую ладонь. Отогнутый на угол 90° большой палец – направление вектора силового воздействия.

Для расчета силы Ампера (Fа) применяют следующую формулу:

Fа = B*J*Lsinα.

Такой же метод пригоден для определения стороны перемещения отдельных заряженных частиц или потока электронов. Сжатые пальцы открытой ладони направляют по их движению. Большой – покажет силовое воздействие. При необходимости вместо правилa левой руки можно применить рассмотренную выше технологию с «пистолетом» I.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/pravilo-buravchika.html

Правило буравчика правой и левой руки простым языком

Простое объяснение правила буравчика

Во многих задачах, связанных с расчётами электрических величин, важно знать направление линий магнитной индукции относительно электрического тока и наоборот. Сложные расчёты параметров магнитных полей в различных системах также невозможно выполнить без учёта направления векторов.

Для определения ориентации сил и полей на практике часто используют мнемонические правила, одним из которых является правило буравчика, с успехом применяемое в электротехнике.

Определение

В узком понимании, правило буравчика – это мнемонический алгоритм, применяемый для определения пространственного направления магнитной индукции, в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Данное правило можно сформулировать следующим образом: Если острие буравчика (штопора, винта) направить вдоль вектора тока, то ориентация линий магнитной индукции совпадёт с направлением, в сторону которого вращается ручка буравчика в традиционном исполнении этого инструмента (с правым винтом) [ 1 ] (рис. 1.)

Рис. 1. Правило буравчика для прямого проводника

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: по прямому участку проводника, в сторону от наблюдателя протекает электрический ток (стрелка синего цвета).

Условный штопор направлен своим острым концом по вдоль линии по направлению тока.

Если представить поступательное движение буравчика вдоль проводника, то направление линий, описываемых рукояткой штопора, совпадут с ориентацией магнитных линий электрического поля.

Главное правило

Рассмотренный нами пример является частным случаем алгоритма буравчика. Существует несколько вариантов формулировок правила, применяемых в различных ситуациях.

Общая, или главная формулировка, позволяет распространить данное правило на все случаи. Это вариант мнемонического правила, используемый для определения ориентации результирующей векторного произведения, называемого аксиальным вектором, а также для выбора связанного с этими векторами правого базиса (трёхмерной системы координат), что позволяет определить знак аксиального вектора.

Примечание: правый базис – условное соглашение, согласно которому выбирается декартовая система координат (положительный базис). Иногда полезно пользоваться зеркальным отражением декартовой системы (левый или отрицательный базис).

Главное правило позволяет определить направление впространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:

  • угловой скорости;
  • параметров индукционного тока;
  • магнитной индукции.

Хотяориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясьпринятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутатьзнаки. 

Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.

Правило правой руки

В электротехнике очень часто применяют интерпретацию буравчика для правой руки.

Действия можно сформулировать так: «Если отведённый в сторону большой палец правой руки расположить вдоль проводника так, чтобы он совпал с направлением электрического тока, то остальные пальцы будут указывать направление образованных электрическим полем магнитных силовых линий. (см. схему на рис. 2).

Рис. 2. Иллюстрация правила правой руки

Сформулированные выше алгоритмы применяются и для соленоидов. Но разница в том, что в случае с соленоидом, рукоятку буравчика вращают так, чтобы это движение совпадало с направлением токов в витках, а продвижение винта буравчика указывает на ориентацию вектора магнитных линий в соленоиде.

При использовании правой руки, пальцами охватывают (условно) катушку так, чтобы направление тока в витках совпадало с пространственным расположением пальцев. Тогда большой палец укажет на ориентацию вектора электромагнитных линий внутри катушки. На рисунке 3 изображены схемы, объясняющие алгоритмы определения направлений векторов для соленоидов.

Рис. 3. Иллюстрация правила правой руки для катушки

Не трудно догадаться, что данные правила можно применять с целью определения направления тока. Например, если с помощью магнитной стрелки определить устремление линий магнитной индукции, то путём применения правила буравчика (как вариант его формулировки для правой руки), легко определяется, в какую сторону течёт ток.

Специальные правила

Рассмотрим варианты главного правила буравчика для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс вычислений.

Для векторного произведения

Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило буравчика звучит так:

Если один из векторов сомножителей вращать кратчайшим способом до совпадения направлений со вторым вектором, то буравчик, вращающийся подобным образом, будет завинчиваться в сторону, куда указывает векторное произведение.

По циферблату часов

При расположении векторов способом совпадения их начальных точек можно определить направление вектора-произведения с помощью часовой стрелки. Для этого необходимо мысленно двигать кратчайшим путём один из векторов-сомножителей в сторону другого вектора. Тогда, если смотреть со стороны вращения этого вектора по часовой стрелке, то аксиальный вектор будет направлен вглубь циферблата.

Правила правой руки, для произведения векторов

Существует два варианта правила.

Первый вариант:

Если согнутые пальцы правой руки направить в сторону кратчайшего пути для совмещения вектора-сомножителя с другим сомножителем (векторы выходят из одной точки), то отведенный в сторону большой палец укажет направление аксиального вектора.

Второй вариант:

Если правую ладонь расположить таким образом, чтобы получилось совпадение большого пальца с первым вектором-сомножителем, а указательного – со вторым, то отведённый в сторону средний палец совпадёт с направлением вектора произведения.

Для базисов

Перечисленные выше правила применяются также для базисов.

Например, правило буравчика для правого базиса можно записать так:

При вращении ручки буравчика и векторов таким образом, чтобы первый базисный вектор по кратчайшему пути стремился ко второму, то штопор будет завинчиваться в сторону третьего базисного вектора.

Указанные правила универсальны. Их можно переписать для механики с целью определения векторов:

  • механического вращения (определение угловой скорости);
  • момента приложенных сил;
  • момента импульса.

Правила буравчика применяются также для уравнений Максвелла, что усиливает их универсальность.

Правило левой руки

Вэлектротехнике довольно часто возникают вопросы, связанные с определением силыАмпера. Для решения задач подобного рода применяется алгоритм, называемый правиломлевой руки (иллюстрация на рис. 4) – мнемоническое правило, описывающее способопределения направленности Амперовой силы, выталкивающей точечный заряд либо проводник,по которому протекает электроток.

Алгоритм применения левой руки состоит в следующем: если левую ладонь будут перпендикулярно пронизывать силовые линии, а пальцы расположатся по направлению тока, то действующие на проводник силы будут устремляться в сторону, куда указывает оттопыренный большой палец.

Рис. 4. Сила Ампера

Интерпретация для точечного заряда

Заметим, что сформулированное правило справедливо для решения задач по определению ориентации силы Лоренца.

Перефразируем правило: если ладонь левой руки поместить в магнитное поле таким образом, чтобы линии индукции перпендикулярно входили в неё, а выпрямленные пальцы направить в сторону движения положительного заряда, тонаправление вектора силы Лоренца совпадёт с отставленным на 90º большим пальцем.

Визуальная интерпретация правила левой руки представлена на рисунке 5. Обратите внимание на то, что алгоритм действий для определения сил Ампера и Лоренца практически одинаков.

Рис. 5. Интерпретация правил левой руки Примечание: В случае с отрицательным зарядом вытянутые пальцы направляют в сторону, противоположную движению частицы.

Полезные сведения и советы

  1. Общепринято считать, что направление тока указывает в сторону от плюса к минусу. На самом деле, в проводнике упорядоченное перемещение электронов направлено от негативного полюса к позитивному.

    Поэтому, если бы перед вами стояла задача вычисления силы Лоренца для отдельного электрона в проводнике, следовало бы учитывать данное обстоятельство.

  2. По умолчанию мы рассматриваем винт (буравчик, штопор) с правой резьбой. Однако не следует забывать о существовании винтов с левой резьбой.

  3. При использовании правила часовой стрелки мы принимаем условие о том, что стрелки совершают движение слева направо. Известно, что в бывшем СССР производились часы с обратным ходом часового механизма. Возможно, такие модели существуют до сегодняшнего дня.

Советы: если вам необходимо определить пространственное расположение момента силы, под действием которой происходит вращение некоего тела – вращайте винт в ту же сторону. Условное врезание винта укажет на ориентацию вектора момента силы.

Скорость вращения тела не влияет на направление вектора.

Полезно знать, что при вращении буравчика по ходу вращения тела, траектория его ввинчивания совпадёт с направлением угловой скорости.

по теме

Источник: https://www.asutpp.ru/pravilo-buravchika-prostym-yazykom.html

Простое объяснение правила буравчика

Простое объяснение правила буравчика
Правило буравчика, правой руки и левой руки нашли широкое применение в физике. Мнемонические правила нужны для лёгкого и интуитивного запоминания информации. Обычно это приложение сложных величин и понятий на бытовые и подручные вещи.

Первым, кто сформулировал данные правила, является физик Петр Буравчик. Данное правило относится к мнемоническому и тесно соприкасается с правилом правой руки, его задачей является определением направления аксиальных векторов при известном направлении базисного.

Так гласят энциклопедии, но мы расскажем об этом простыми словами, кратко и понятно.

Объяснение названия

Большинство людей помнят упоминание об этом из курса физики, а именно раздела электродинамики. Так вышло неспроста, ведь эта мнемоника зачастую и приводится ученикам для упрощения понимания материала. В действительности правило буравчика применяют как в электричестве, для определения направления магнитного поля, так и в других разделах, например, для определения угловой скорости.

Под буравчиком подразумевается инструмент для сверления отверстий малого диаметра в мягких материалах, для современного человека привычнее будет привести для примера штопор.

Важно! Предполагается, что буравчик, винт или штопор имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке, т.е. вправо.

На видео ниже предоставлена полная формулировка правила буравчика, посмотрите обязательно, чтобы понять всю суть:

Как связано магнитное поле с буравчиком и руками

В задачах по физике, при изучении электрических величин, часто сталкиваются с необходимостью нахождения направления тока, по вектору магнитной индукции и наоборот. Также эти навыки потребуются и при решении сложных задач и расчетов, связанных магнитным полем систем.

Прежде чем приступить к рассмотрению правил, хочу напомнить, что ток протекает от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Можно сказать проще — ток протекает от плюса к минусу.

Правило буравчика имеет следующий смысл: при вкручивании острия буравчика вдоль направления тока – рукоятка будет вращаться по направлению вектора B (вектор линий магнитной индукции).

Правило правой руки работает так:

Поставьте большой палец так, словно вы показываете «класс!», затем поверните руку так, чтобы направление тока и пальца совпадали. Тогда оставшиеся четыре пальца совпадут с вектором магнитного поля.

Наглядный разбор правила правой руки:

Чтобы увидеть это более наглядно проведите эксперимент – рассыпьте металлическую стружку на бумаге, сделайте в листе отверстие и проденьте провод, после подачи на него тока вы увидите, что стружка сгруппируется в концентрические окружности.

Магнитное поле в соленоиде

Всё вышеописанное справедливо для прямолинейного проводника, но что делать, если проводник смотан в катушку?

Мы уже знаем, что при протекании тока вокруг проводника создается магнитное поле, катушка – это провод, свёрнутый в кольца вокруг сердечника или оправки много раз. Магнитное поле в таком случае усиливается.

Соленоид и катушка – это, в принципе, одно и то же. особенность в том, что линии магнитного поля проходят так же как и в ситуации с постоянным магнитом. Соленоид является управляемым аналогом последнего.

Правило правой руки для соленоида (катушки) нам поможет определить направление магнитного поля. Если взять катушку в руку так, чтобы четыре пальца смотрели в сторону протекания тока, тогда большой палец укажет на вектор B в середине катушки.

Если закручивать вдоль витков буравчик, опять же по направлению тока, т.е. от клеммы «+», до клеммы «-» соленоида, тогда острый конец и направление движения как лежит вектор магнитной индукции.

Простыми словами – куда вы крутите буравчик, туда и выходят линии магнитного поля. То же самое справедливо для одного витка (кругового проводника)

Определение направления тока буравчиком

Если вам известно направление вектора B – магнитной индукции, вы можете легко применить это правило. Мысленно передвигайте буравчик вдоль направления поля в катушке острой частью вперед, соответственно вращение по часовой стрелки вдоль оси движения и покажет, куда течет ток.

Если проводник прямой – вращайте вдоль указанного вектора рукоятку штопора, так чтобы это движение было по часовой стрелке. Зная, что он имеет правую резьбу – направление, в котором он вкручивается, совпадает с током.

Что связано с левой рукой

Не путайте буравчика и правило левой руки, оно нужно для определения действующей на проводник силы. Выпрямленная ладонь левой руки располагается вдоль проводника. Пальцы показывают в сторону протекания тока I. Через раскрытую ладонь проходят линии поля. Большой палец совпадает с вектором силы – в этом и заключается смысл правила левой руки. Эта сила называется силой Ампера.

Можно это правило применить к отдельной заряженной частице и определить направление 2-х сил:

Представьте, что положительно заряженная частица двигается в магнитном поле. Линии вектора магнитной индукции перпендикулярны направлению её движения. Нужно поставить раскрытую левую ладонь пальцами в сторону движения заряда, вектор B должен пронизывать ладонь, тогда большой палец укажет направление вектора Fа. Если частица отрицательная – пальцы смотрят против хода заряда.

Если какой-то момент вам был непонятен, на видео наглядно рассматривается, как пользоваться правилом левой руки:

Важно знать! Если у вас есть тело и на него действует сила, которая стремится его повернуть, вращайте винт в эту сторону, и вы определите, куда направлен момент силы. Если вести речь об угловой скорости, то здесь дело обстоит так: при вращении штопора в одном направлении с вращением тела, завинчиваться он будет в направлении угловой скорости.

Выводы

Освоить эти способы определения направления сил и полей очень просто. Такие мнемонические правила в электричестве значительно облегчают задачи школьникам и студентам.

С буравчиком разберется даже полный чайник, если он хотя бы раз открывал вино штопором. Главное не забыть, куда течет ток.

Повторюсь, что использование буравчика и правой руки чаще всего с успехом применяются в электротехнике.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, благодаря которому вы на примере сможете понять, что такое правило буравчика и как его применять на практике:

Наверняка вы не знаете:

Источник: https://samelectrik.ru/prostoe-obyasnenie-pravila-buravchika.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.