磁悬浮列车是一种高速运载工具。它具有两个重要系统。一是悬浮系统,利用磁力(可由超导电磁铁提供)使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接触。另一是驱动系统,在沿轨道上安装的三相绕组(线圈)中,通上三相交流电,产生随时间、空间作周期性变化的磁场,磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用,使车体获得牵引力。为了有助于了解磁悬浮列车的牵引力的来由,我们求解下面的问题。设有一与轨道平面垂直的磁场,磁感应强度B随时间
t和空间位置
x变化规律为
式中
、
、
均为已知常量,坐标轴
x与轨道平行。在任一时刻
t , 轨道平面上磁场沿
x方向的分布是不均匀的,如图所示。图中
Oxy平面代表轨道平面,“×”表示磁场的方向垂直
Oxy平面指向纸里,“· ”表示磁场的方向垂直
Oxy平面指向纸外。规定指向纸外时B取正值。“×”和“· ”的疏密程度表示沿着
x轴B的大小分布。一与轨道平面平行的具有一定质量的金属矩形框
MN
PQ处在该磁场中,已知与轨道垂直的金属框边
MN的长度为
, 与轨道平行的金属框边
MQ的长度为
d , 金属框的电阻为
R , 不计金属框的电感。