بیاید فیزیک بخونیم

اقا اهنربا رو دیگه همه میدونید چیه اینم میدونید اگه یه سوزن یا میخ مدتی کنار آهنربا باشه یه خاصیت آهنربایی موقت پیدا میکنه و اینم میدونید که آهنربا دو تا قطب داره به اسم شمال و جنوب که قطب های همنام همدیگه رو دفع میکنن و قطب ها ناهمنام همدیگه رو جذب

حالا سوال اینجاست دو تا اهنربا چطوری بدون اینکه با هم تماس داشته باشن میتونن همدیگه رو هل بدن؟ برای توجیه این قضیه فرض میکنیم هر جسم آهنربایی یه خاصیتی تو محیط اطراف خودش ایجاد میکنه که هر جسمی واردش بشه تحت تاثیرش قرار میگیره به این خاصیت میگیم میدان مغناطیسی (B) و واحد اندازه گیریش رو هم میگیم تسلا (T)

البته قبل از تصویب سیستم بین المللی یکاها تو قرن نوزدهم یه یکای قدیمی تر هم برای اندازه گیری میدان مغناطیسی وجود داشته به اسم گائوس G هر یک تسلا هم ارز با ده هزار گائوسه

میدان مغناطیسی یه کمیت برداریه یعنی علاوه بر اندازه ش برای بیانش باید جهتش رو هم ذکر کنیم جهتش چطوری مشخص میشه؟ به وسیله ای به عنوان عقربه مغناطیسی نیاز داریم عقربه مغناطیسی هر جسمیه که در معرض میدان مغناطیسی جهت گیری کنه، که معمولا برای این کار از قطب نما استفاده میکنن

بر طبق بررسی های تجربی و درک این واقعیت که نوک پیکان قطب نما بیانگر قطب شماله مشاهده خواهیم کرد که عقربه رو به قطب S اهنربا و خلاف جهت قطب N اهنربا قرار خواهد گرفت با درک این واقعیت که تک قطبی مغناطیسی وجود نداره و اهنربا همیشه قطب هاش دوتاست فرض میکنیم این خطوط میدان حلقه های بسته ای هستن که بهم میرسن و داخل خود جسم اهنربا هم تداوم دارن یعنی شکل سمت چپ

حالا با استفاده از مفهوم میدان مغناطیسی که تعریف کردیم چطوری نیرویی که به هر جسم در معرض آهنربا وارد میشه رو اندازه بگیریم؟

فرض میکنیم ذره ی بارداری با بار الکتریکی q و سرعت حرکت v وارد یه محیطی میشه که میدان مغناطیسی به بزرگی B درش حضور داره بر طبق قانون بزرگی این نیرو یعنی F از رابطه ی زیر بدست میاد: F=|q|.B.v.sinx که در اون F نیروی مغناطیسی بر حسب نیوتن، |q| قدر مطلق بار الکتریکی خالص جسم بر حسب کولن، v سرعت جسم بر حسب متر بر ثانیه و sinx سینوس زاویه ایه که جهت میدان مغناطیسی با بردار سرعت جسم میسازه

هدف از اضافه کردن ضریب سینوسی به زاویه چیه؟

بر طبق داده های تجربی میدونیم که وقتی جهت میدان مغناطیسی و جهت حرکت جسم با همدیگه هم راستا باشن هیچ نیرویی به جسم وارد نمیشه و اگر بر هم عمود باشن نیرو به ماکزیمم مقدار خودش میرسه این رو با یه ضریب سینوسی تعریف میکنیم و میگیم فقط مولفه ای از بردار میدان مغناطیسی که بر بردار حرکت عموده داره نیرو وارد میکنه و مولفه افقی که با میدان همراستاست اثرش صفره و مولفه عمودی یعنی سینوس

حالا جهت نیروی مغناطیسی رو چطوری تعیین کنیم؟ یه قانونی براش داریم به اسم قاعده دست راست چهار انگشت دست راستتون رو بصورت مستقیم طوری بگیرید که روی بردار حرکت جسم بیفتن. اگر وقتی انگشتاتون به سمت کف دستتون خم بشن روی بردار میدان مغناطیسی بیفتن، انگشت شست باز شده تون جهت نیرو رو نشون میده

بیاید یه مثال واقعی حل کنیم در اینجا یه ذره باردار با بار الکتریکی -۴ نانو کولن داریم که با سرعت ۲۰ متر بر ثانیه داره از یه میدان مغناطیسی با بزرگی ۲ تسلا عبور میکنه و زاویه بین جهت حرکتش و بردار میدان هم ۳۰ درجه ست بر طبق محاسبات بالا به این ذره نیروی ۸×۸-^۱۰ نیوتن وارد میشه