Отримання знань

Урок 7  Загадки магнітної стрілки (продовження)

Загадка четверта. Який же магнітний полюс знаходиться на півночі земної кулі? Див. малюнок попереднього уроку і подальші міркування.

Загадка п'ята. Візьміть компас, звільніть стрілку від затиску (він потрібний для того, щоб стрілка даремно не бовталася і не стирала вісь) і піднесіть компас до масивного предмету з чавуну, наприклад до батареї опалювання. Ви побачите, що до верхньої частини батареї стрілка  буде обернена синім кінцем, а до нижньої частини - червоним. Як це пояснити?

Цей дослід|дослід| цілком можна показувати як фокус, при цьому навряд  чи| хто із присутніх відразу зможе його розгадати. І чим північніше ви живете, тим більше чітко буде проявлятись цей ефект.

Багато років тому одна з газет надрукувала досить цікаву статтюf про те, як проходять вступні іспити до Московського фізико-технічного інституту. Самим  цікавим виявилося питання, яке задали не екзаменатори, а одна  з тих, що поступають (і таке трапляється).

Загадка шоста. Дівчина виконала удома досвід, результат якого здався їй дивним: велика консервна банка відривала від сильного магніта залізну кнопку,яку притягував цей магніт. У чому тут справа?

Це і справді загадка. Консервні банки роблять із жесті, яка не намагнічується (вірніше, не може зберігати намагніченість). А якщо вона і «передає» дію постійного магніта, з яким стикається, то принаймні, звичайно, не може стати «сильніше» за нього і перетягнути кнопку на свій бік. Але дослід показує, що може!

Давайте перевіримо. Все, що нам буде потрібно, це достатньо сильний підковоподібний магніт і два бруски з немагнітного заліза (вірніше, з маловуглецевої сталі, так як з чистого заліза майже нічого не виготовляють). З такими брусками зручніше ставити досліди, ніж з кнопкою і консервною банкою. Один брусок повинен бути невеликим - наприклад, підійде звичайний болт, який замінить кнопку, другий, - масивним, він замінить банку.

Спочатку переконаємося, що ні болт, ні брусок не являються магнітами (вірніше, не володіють залишковими магнетизмом,тобто не можуть зберігати намагніченість). Піднесемо їх почергово  на декілька секунд до постійного магніта, а потім - до залізних  ошурків  (їх можна замінити міленькими немагнітними гвіздками, канцелярськими скріпками і т. п.). Ошурки не повинні притягуватися ні до болта, ні до бруска.

Тепер розташуємо немагнітний брусок вертикально, поставимо на нього болт і зверху піднесемо магніт. При цьому між нижнім бруском і болтом почнеться  притягання— болт передає магнітну дію магніту. А далі (увага!) починається найцікавіше. Як ви дума­єте, що буде, якщо, притримуючи брусок на місці, торкнутися магнітом до болта, а потім потягнути магніт вгору? Відповідь ніби очевидна: магніт відірве болт від бруска. Нічого подібного - не відірве, болт залишиться на місці. Дивний результат... Можливо, болт дуже важкий? Але тоді чому магніт легко піднімає його, коли знизу немає бруска?

Трохи змінимо дослід, для чого буде зручніше використати магніт не у вигляді підкови, а прямій (штабовий): розташуємо магніт знизу, на нього поставимо болт, а зверху - брусок. Притримуючи магніт, потягнемо немагнітний брусок вгору. Неймовірно - болт відривається від магніта і висить на бруску! І чим сильніше постійний магніт (і масивніше розташований зверху брусок), тим вище можна підняти брусок з болтом, що притягнувся до нього.

Абітурієнтка була права: залізо стало сильнішим магнітом, ніж постійний магніт (з яким, до речі, воно навіть не стикалося). Як же таке можливе?

Але|та| зараз настала пора розгадати таємницю батареї опалення. Очевидно, що батарея намагнічена, хоча і дуже слабо - не утримає навіть легку скріпку. І намагнітити її міг тільки|лише| один магніт - це сама Земля. Чому ж південний магнітний полюс опинився біля батареї вгорі, а північний - внизу? (А ось в південній півкулі, наприклад в Австралії, все буде навпаки.)

Розгадку дає простій експеримент. Якщо добре намагнічену довгу спицю підвісити точно в центрі тяжіння (а це не так просто, тому краще підвісити ненамагнічену спицю, а вже потім її намагнітити), то можна відмітити, що однієї її кінець намагається «клюнути» вниз, а інший «задирає хвіст». Чим ближче на північ, тим помітніше нахил спиці, а на екваторі нахил не спостерігається зовсім. Це явище, на відміну від магнітного схилення, назвали магнітним нахилом.

Довідка

Магнітне схилення (рос. магнитное склонение, англ. magnetic declination) – кут між магнітним і географічним меридіанами в даній точці земної поверхні. Вважається позитивним, якщо північний кінець магнітної стрілки відхиляється на схід від географічного меридіану, і негативним – якщо на захід.

МАГНІТНИЙ НАХИЛ

кут між напрямами горизонтальній лінії і магнітної стрілки, що вільно обертається на горизонтальній вісі і розташованої в площині магнітного меридіана. Магнітний нахил на магнітних полюсах дорівнює 90°, — магнітна стрілка приймає вертикальний напрям. При цьому на магнітному полюсі північної півкулі вниз обернений північний кінець стрілки, а на магнітному полюсі південної півкулі вниз обернений її південний кінець. У міру віддалення від магнітних полюсів у напрямку до екватора нахил магнітної стрілки, тобто магнітний нахил зменшується. Ізогона з нульовим нахилом, тобто лінія, на якій стрілка нахилу займає горизонтальне положення, наз. магнітним екватором. Вона не співпадає із земним екватором, але перетинає його в двох точках, а в проміжку між ними відходить від земного екватора на відстань до 15°. Магнітний нахил, як і магнітне схилення змінюватися з часом.

Його можна виявити і за допомогою компаса, але незвичайного: стрілка компаса повинна бути насаджена не на вертикальну, а на горизонтальну вісь (такий прилад називається інклінатором, від латинського «нахиляти»). Якщо ж вільно підвішену магнітну стрілку тримати точно над магнітним полюсом (або недалеко від нього), то вона розташується вертикально.

Знаючи про те, що існує магнітний нахил, легко зрозуміти, як саме намагнітилася батарея під дією «косого» магнітного поля Землі і чому верхня і нижня її частини є південними і північними полюсами| постійного, хоча і слабенького, магніта. (Зрозуміло також, що в південній півкулі намагніченість буде протилежною.)

Якщо за допомогою сильного постійного магніта перемагнітити| спицю, вона, звичайно, розвернеться в інший бік. При цьому той її кінець, який був нахилений вниз, буде тепер підведений вгору. На півночі Канади, наприклад, нахил спиці буде дуже сильним. А ось у стрілки звичайного компаса магнітний нахил практично не помітний - цьому перешкоджає спосіб кріплення стрілки на осі. Крім того, ця стрілка дуже маленька.

Література: журнал "Квант"