כוח המשיכה הפועל על גוף בעל מסה m קבוע בגודלו ושווה ל- mg, כאשר g היא תאוצת הכובד (השווה ל- 9.8 מטר לשנייה בריבוע). כיוונו של הכוח כלפי מרכז כדור הארץ, דהיינו, מטה. מהירותו תואט בתנאי שלכוח נוסף הפועל עליו יהיה רכיב בכיוון מעלה. כעת נבחן מה קורה למוליך הנתון תחת השפעת שדה מגנטי B (לשם פשטות נניח שהשדה אחיד בגודלו ובכיוונו).

בניגוד לכוח החשמלי הפועל על גוף טעון בכל מצב, השדה המגנטי אינו מפעיל כוח על מטענים נייחים אלא רק על מטענים בתנועה. השדה המגנטי מוגדר ע"י הכוח שהוא מפעיל על חלקיק בעל מהירות  v ומטען q, הנקרא כוח לורנץ:

סימן הקרוס במשוואה מציין מכפלה ווקטורית שמשמעותה היא שכיוון הכוח מאונך הן לכיוון מהירות הגוף והן לשדה המגנטי (ראו איור).

מציאת כיוונו של כוח לורנץ באמצעות כלל יד ימין. התמונה באדיבות ויקיפדיה.

גודלו של הכוח (ערכו המוחלט של הכוח במשוואה לעיל) ניתן ע"י:

כאשר θ היא הזווית בין מהירות הגוף הטעון לבין השדה המגנטי. מכאן אפשר לראות שלא פועל כוח מגנטי על גוף טעון הנע במקביל לשדה המגנטי שכן במקרה זה θ=0. הכוח הוא מקסימלי כאשר  θ=90° (ואז sinθ=1), כלומר כאשר החלקיק נע במאונך לשדה המגנטי.

נחזור לשאלה המקורית. אם המוליך נופל בקו ישר מטה (למשל אם שוחרר ממנוחה), אזי הכוח המגנטי, אשר מאונך למהירות לפי חוק לורנץ, יהיה מאונך גם לכוח הכבידה. פירוש הדבר הוא שלא יהיה שום רכיב של הכוח המגנטי אשר יקטין את כוח המשיכה. לעומת זאת, אם המוליך נזרק אופקית, מסלולו יהיה פרבולי (במקום קווי), כבאיור הבא:

מסלולו של חלקיק הנזרק בזווית לקרקע. החיצים הכחולים מציינים את וקטור המהירות בנקודות שונות לאורך המסלול.

כאשר בכל נקודה ונקודה כיוון המהירות משיק למסלול. במקרה כזה אפשר יהיה לבחור את כיוון השדה המגנטי כך שלכוח המגנטי יהיה רכיב בכיוון החיובי של Y בציור, ותנועתו של המוליך תואט.

מאת: נעה זמשטיין
המחלקה לפיזיקה כימית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.