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Contests/Gnit Weekly Challenge Advanced 004 (GWCA004)/Problem 2 電磁誘導と棒の端点まわりの等速円運動
Problem 2

電磁誘導と棒の端点まわりの等速円運動

Finished
310 ptsLv.7 IntermediateElectromagnetism
2026/09/30 21:00〜2026/09/30 22:00
Author: admin02

問題文

鉛直下向きに磁束密度の大きさが BBB の一界な磁界が存在する空間内の水平面内に、一端が固定された十分長い導線のレールが配置されている。この固定された端点 O を中心とし、長さ LLL、質量 mmm、電気抵抗 RRR の均質で細い金属棒 OA が、一端 O のまわりに滑らかに回転できるよう水平面内に置かれている。

金属棒の他端 A は、中心 O、半径 LLL の円弧状に敷かれた抵抗の無視できる導線レールと常に電気的に接触しながら運動する。点 O と円弧状レールの間には、抵抗値 rrr の抵抗器が接続されており、回路 OA O を形成している。金属棒 OA 以外の導線および接続部の抵抗、ならびに回路の自己インダクタンスは無視できるものとする。

時刻 t=0t=0t=0 において、金属棒 OA は静止状態から、点 O を中心として一定の外力によるトルク(力のモモント) TTT を受けて回転を開始した。金属棒が回転すると、電磁誘導によって回路に電流が流れて磁場から誘導抵抗(安培力によるトルク)を受け、十分な時間が経過すると、金属棒は一定の角速度 ω\omegaω で等速円運動を行うようになった。

この十分時間が経過した等速円運動の状態において、回路全体で消費される全電力を PPP とし、金属棒 OA の全質量に加わる重力加速度の大きさを ggg とする。

無次元量 P⋅RT2\frac{P \cdot R}{T^2}T2P⋅R​ を既約分数 pq\frac{p}{q}qp​ (p,qp, qp,q は互いに素な自然数)で表すとき、p+qp+qp+q の値を求めよ。ただし、抵抗値の関係は r=2Rr = 2Rr=2R とする。

制約

  • m=0.10 kgm = 0.10 \text{ kg}m=0.10 kg
  • L=0.50 mL = 0.50 \text{ m}L=0.50 m
  • R=3.0ΩR = 3.0 \mathrm{ \Omega}R=3.0Ω
  • r=6.0Ωr = 6.0 \mathrm{ \Omega}r=6.0Ω
  • B=1.2 TB = 1.2 \text{ T}B=1.2 T
  • T=0.080 N⋅mT = 0.080 \text{ N}\cdot\text{m}T=0.080 N⋅m
  • g=9.8 m/s2g = 9.8 \text{ m/s}^2g=9.8 m/s2

入力形式

無次元比 P⋅RT2\frac{P \cdot R}{T^2}T2P⋅R​ を既約分数 pq\frac{p}{q}qp​ で表したときの分子と分母の和 p+qp+qp+q の自然数値。

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