Значение слова бура́вчик
1. уменьш. к бурав; небольшой ручной инструмент для сверления отверстий цилиндрической формы ◆ Выпросил себе на время у священника, за подрезку винограда, топор, долото, стамеску, молоток и буравчик, обязавшись за них еще прищепить ему несколько дичков яблонь и слив в церковном садике. Г. П. Данилевский, «Воля», 1863 г. (цитата из НКРЯ)◆ В тот же день пришёл техник из домоуправления, с ним какой-то посторонний, по наружности и походке из села или района, сорвали бумагу с гербовой печатью, отперли двери, техник недолго покрутился, человек остался один, вынул из кармана молоток, буравчик, прибил снаружи два кольца, набросил замок и, перед тем как уйти, три раза крепко подергал. Аркадий Львов, «Двор», 1981 г. (цитата из НКРЯ)
Общее понятие закона
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.
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 в пространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:
- угловой скорости;
- параметров индукционного тока;
- магнитной индукции.
Хотя ориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясь принятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутать знаки.
Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.
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.
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.
Принцип для механического вращения
Отрезок вращения взаимно связывается с вектором угловой скорости поворота и лучом, начинающимся в неподвижной точке, приведенным в искомое положение. Величина определяется как произведение векторов. Угловая скорость представляет собой быстроту оборотов материального элемента вокруг центра.
Угловая скорость выражается:
для поворотов в двухмерном участке пространства — числом;- для трехмерного промежутка — псевдовектором, компоненты которого трансформируются при оборачивании координатной системы и меняют знак противоположно правилам поведения вектора при инверсии;
- в вариантах общего положения — кососимметрической величиной, меняющей знак при перемене индексации.
Для определения курса модуля отрезка применяются правило винта и правой кисти, эффективно используемые в случае нахождения векторного произведения. Иногда этого хватает, но при реальном вращении законы формулируются в запоминающемся и простом варианте для нахождения направлений:
Закон буравчика. Если поворачивать винт в направлении вращения точки, то он завинчивается в сторону курса угловой скорости.- Закон правой руки. Для этого тело берется правой рукой и поворачивается в направлении четырех пальцев, большой палец, который располагается под углом 90°, покажет путь угловой скорости при таком движении вокруг центра.
Для определения направления момента импульса, который меняется прямо пропорционально угловому вращению (скорости) с коэффициентом положительного импульса, применяются правила для нахождения показателей механического кручения.
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.
Правило левой руки
В электротехнике довольно часто возникают вопросы, связанные с определением силы Ампера. Для решения задач подобного рода применяется алгоритм, называемый правилом левой руки (иллюстрация на рис. 4) – мнемоническое правило, описывающее способ определения 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.
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.
Для упорядоченного набора лучей
Все разнообразные применяемые правила винта или законы обеих рук в электротехнике и физике не являются обязательными к использованию, если направление характеристик электромагнитного поля можно определить основными правилами одновременно со знанием формул для подсчета векторного соотношения. Малораспространенные правила характерны для особых случаев, когда их использование является удобным для быстрого выявления элементарных показателей системы.
Правила для базиса переписаны в виде:
Закон для базиса. Если в базисе присутствуют векторы, которые располагаются параллельно осям x, z, y, то большой палец направляется вдоль первого вектора по оси x. Указательный ставится параллельно второму отрезку по оси y, средний располагается вдоль третьего луча по оси z. После расстановки выявляется, что сочетание векторов относится к правостороннему расположению.- Закон винта (буравчика) для базиса. Если поворачивать винт и векторы так, чтобы первый отрезок стремился ко второму по наименьшему пути, то буравчик направлением кручения покажет курс третьего вектора базиса (когда он правый).
Такие манипуляции расширяют возможности определения курса в координатном пространстве. Закон буравчика для базиса может заменить общее правило винта, правой кисти и других. Для его применения у наблюдателя должно быть развито некоторое пространственное воображение, так как требуется мысленно осуществлять поворот нарисованных векторов до того момента, пока они не совпадут с базисом. Набор векторов может при этом располагаться случайно.
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.
Соотношение отрезков, абсцисс и ординат
Векторное соотношение двух отрезков, которые взаимодействуют в трехмерном пространстве, определяется лучом, расположенным перпендикулярно обоим начальным потокам. Длина произведения векторов равняется значению площади параллелограмма между начальными отрезками. Направление этих двух лучей выбирается так, чтобы три по порядку расположенных вектора из набора и результативных отрезков были правыми. Результат умножения векторов коллинеарного типа приравнивается к нулю, если один из них является отрезком с нулевым значением.
Для нахождения произведения пространственных векторов следует определить ориентацию участка, а именно разобраться в том, какие три отрезка относятся к правому и левому положению. При этом необязательна привязка к координатной системе. При выбранной ориентации пространственного участка результат произведения множительных векторов не зависит от левосторонней или правосторонней системы числовых направляющих.
Формулы отличаются по знаку для нахождения координат произведения лучевых векторов через ординаты и абсциссы начальных отрезков в левой и правой системе прямоугольной структуры. Результат сочетания векторов является антикоммутационным, так как в отличие от скалярного результата в итоге имеет также вектор.
Модуль произведения векторов также является результатом перемножения модулей отрезков, если величины располагаются перпендикулярно друг к другу. Значение модуля стремится к нулю в случае коллинеарности лучей. Произведение векторов определяется в физических и технических дополнениях. Например, импульсный момент и действие Лоренца заносятся в данные по форме результата перемножения элементов из векторного набора.
Определение силового момента
Крутящий и вращательный момент представляет собой физический формат, равный произведению векторов силы и радиуса, проведенных от центральной оси к точке действия силы. Характеристики показывают силовое действие на твердом предмете.
Правила аналогичны предыдущим случаям, но отличаются незначительными деталями:
Правило винта. Если поворачивать буравчик по курсу, куда сила вращает тело, то инструмент будет завинчиваться или вывинчиваться по путям направления силового момента.- Правило правой кисти. Мысленно представляют, что тело в руке, тогда попытка его поворота в направлении вытянутых четырех пальцев (аналогично направляются поворотные усилия) при большом пальце на 90° покажет направление приложения вращательного момента.
Электродинамика и магнитостатика
Магнитная индукция представляет собой векторный фактор, который характеризует силовое поле. Величина показывает влияние магнитного фона на отрицательно и положительно заряженные частицы в исследуемом пространстве. Индукция определяет силу влияния поля на заряд, перемещающийся с заданной скоростью. Для этого случая законы применения описываются так:
Правило винта. Если поступательное круговое движение буравчика совпадает с направлением заряженных электронов в катушке, то путь поворота ручки инструмента будет совпадать с курсом магнитного вектора полярной индукции, направление при этом зависит от тока.- Принцип правой кисти. Если взять стержень в правую кисть так, что отставленный под прямым углом палец демонстрирует курс тока, то другие пальцы будут соответствовать направлению луча магнитной индукции, продуцируемого током. Путь магнитного вектора индукции прокладывается касательно линии отрезков.
Для подвижного проводника
В стержне из металла находится большое число свободных электронов, движение которых характеризуется как хаотичное. Если катушка движется в силовом электромагнитном поле вдоль линий, то фон отклоняет электроны, перемещающиеся одновременно с проводником. Их движение создает ЭДС (электродвижущую силу) и называется электромагнитной наведенной индукцией.
Под действием индукции заряженные частицы передвигаются и накапливаются в одном конце стержня, при этом на другом проявляется нехватка электронов. В результате такой ситуации зарождается положительный заряд и возникает разность потенциалов, появляется напряжение электричества.
Ток будет протекать под действием разности потенциалов при подсоединении такой катушки к внешней цепи по замкнутому контуру. При передвижении стержня по направлению силовых линий снижается до нуля воздействие поля на заряды. Не возникает электродвижущая сила, нет напряжения, отсутствует ток электронов.
ЭДС индукции равняется произведению рабочего размера проводника, скорости движения стержня и значения магнитной индукции. Ее направление устанавливается по закону правой руки. Ладонь располагается так, чтобы в нее были направлены линии силового поля, а отогнутый под 90° большой палец ставится вдоль движения стержня. В этом положении четыре распрямленных пальца покажут курс тока индукции.
Нахождение ЭДС по Максвеллу
Электродвижущее давление будет возникать при каждом пересечении стержня и силового поля. Результативным будет перемещение проводника, самого поля или изменение электромагнитных характеристик силового пространства.
ЭДС, полученная в контуре при состыковке его с изменяющимся силовым полем, измеряется скоростью трансформации магнитного потока. Направление индуцированной движущей силы идет так, что продуцируемый ею электрический ток противодействует реконструкции потоков магнитного излучения.
Изменение тока ведет к реформированию создаваемого им магнитного потока. Проходя через пространство, магнитное излучение стыкуется с соседними проводниками и со своим. В стержне наводится электродвижущая сила, которая носит название самоиндукции. Явление означает поддержку тока при его уменьшении и ослабление движения электронов при увеличении силы тока.
Если вращать буравчик по путям завихрения пространства, где возникают векторы, то его движение покажет направление кручения ротора. Это можно проследить, если четыре сжатых пальца правой кисти поставить по курсу завихрения. В этом случае отогнутый палец укажет путь движения ротора.
При растущем значении магнитного потока большой палец под прямым углом покажет прямое движение силового потока через контурные линии. В случае убывания электромагнитного излучения палец будет свидетельствовать об обратном направлении. Согнутые четыре пальца будут располагаться по путям противоположного направления ЭДС в контуре.
Для магнитного вектора индукции правила буравчика совпадают с законом Ампера — Максвелла. Но к электротоку через контур добавляется скорость трансформации силового поля через эту конфигурацию, а магнитное поле воспринимается только в случае его перемещения в пределах очертания.
Применение правил левой кисти:
Ладонь ставится так, чтобы индукционные линии входили в центр внутренней стороны, а пальцы соответствовали токовому направлению. Отставленный большой палец определит путь силы, оказывающий давление на стержень со стороны силового поля. Мощь носит наименование силы Ампера.- При втором варианте ладонь располагается так, чтобы линии силового поля входили под прямым углом в плоскость руки, а пальцы располагались по направлению перемещения положительных электронов или в противоположную сторону от отрицательных частиц. Тогда палец под углом 90° укажет путь приложения силы Лоренца.
Принцип винта или закон Максвелла для правой руки используется для прямого стержня с током. Но в электротехнике есть много случаев применения катушек, в которых проводник не является прямолинейной формой. Например, соленоид, в котором присутствует витковая обмотка провода.
Правило правой кисти для соленоида: нужно взять катушку индуктивности в правую руку так, чтобы пальцы показывали путь тока в оборотах, отставленный под 90° большой палец определит курс магнитных линий во внутренней части устройства. Зная полярность, легко вычислить путь прохождения электрического тока.
Полезные сведения и советы
- 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.
- По умолчанию мы рассматриваем винт (буравчик, штопор) с правой резьбой. Однако не следует забывать о существовании винтов с левой резьбой.
- 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.
