Welke kracht(en) zijn/is er als er geen stroom loopt? Hoe groot is deze kracht en in welke richting staat die?

Als er wel een stroom loopt heeft lading een Lorentz kracht doordat het door een magneetveld loopt. De richting wordt gegeven door de "rechterhandregel" (soms FBI regel genoemd). De grootte wordt gegeven door F = B.I.L (inductie, stroomsterkte, lengte resp - allen in SI eenheden). Deze is verschillend voor elk van de vier zijden van het draadraam. Hoe groot is F voor elk van deze zijden? In welke richting werkt dit?

Is de kracht die nu gemeten wordt door de dynamometer groter of kleiner dan zonder de stroom door de draad? Werkt de Lorentzkracht dus tegengesteld of in dezelfde richting?

Welke keuze blijft dan over in de multiple choice?

Er werken 2 krachten op het kader nl. : De zwaartekracht Fz en de Lorentzkracht Fl.

De Lorentzkracht werkt enkel op de twee zijkanten (de gedeelten die in het magnetisch veld liggen) en de onderkant. De Lorentzkracht is aan de twee zijkanten gelijk en tegengesteld in zin, waardoor ze elkaar opheffen. Hierdoor blijft enkel nog de Lorentzkracht aan de onderkant van het kader over.

De zwaartekracht op het kader is gelijk aan:

Fz= m . g <=> Fz= 0,015 . 10  <=> Fz= 0,150N

0,150N is echter geen mogelijke oplossing voor het vraagstuk. De Lorentzkracht moet dus de zelfde zin hebben als de zwaartekracht, waardoor de dynamometer een grotere kracht dan de zwaartkracht kan tonen. De Lorentzkracht is dus naar onder gericht, waardoor het veld (rechterhandregel) uit het blad is gericht. Hierdoor kunnen we oplossing B & D al elimineren.

We kunnen de onderzijde van het kader beschouwen als een rechte stroomvoerende geleider, waardoor de Lorentzkracht gelijk is aan:

Fl = B.I.l.cos(B,I)  <=> Fl = B.I.l.1  <=> Fl = 2,0 . 0,500 . 0,0750

<=> Fl= 0.075N

Fr = Fz + Fl = 0,150N + 0,0750N = 0,225N

Dus antwoord C.

Waar ben ik in de fout gegaan?

Het antwoord zou moeten A zijn?

Ook werkt er natuurlijk een normaalkracht op het kader, uitgeoefend door de dynamometer. Deze is in grootte gelijk aan de Resultante kracht Fr en is de kracht die we zoeken.

Je redenering is goed: de zwaartekracht op 15 gram (0,15 N) en de Lorentzkracht op het onderstuk van de draad van 0,075 N werken samen en geven een resulterende kracht 0,225 N naar beneden.

De enige inductie-richting die bij gegeven stroomrichting en zijde-lengte een kracht naar beneden heeft is een inductie vanuit het papier omhoog: keuze C  zoals je correct aangeeft.

Ik vrees dat het keuze antwoord fout is. Dat zou in een boekje niet voor het eerst zijn.

De normaalkracht heeft in deze situatie geen rol. Het draadraam trekt aan de dynamometer (een duur woord voor een gevoelige trekveer) met 0,225 N en de meter "reageert" hierop met een gelijke tegengestelde kracht. Dit zorgt er "alleen" voor dat het draadraam in evenwicht blijft en niet door de meter omhoog wordt getrokken of de meter door de draad naar beneden. (Newton's actie = reactie: beide krachten werken op verschillende voorwerpen (raam resp meter) en worden uitgeoefend door andere voorwerpen (meter resp raam).

Bedankt voor je uitleg!