Duško si chcel osladiť čaj medom. Otvoril teda skriňu vo FKS miestnosti a hľadal med. Našiel však iba nekonečnú odporovú sieť tvaru včelieho plástu. Vie, že drôt medzi každými dvoma susednými bodmi siete má odpor $R$. Aký je odpor medzi bodmi $A$ a $B$ vyznačenými na obrázku?

Predstavme si situáciu, že do obvodu cez bod $A$ bude pritekať prúd $I$ a v nekonečne bude obvod uzemnený. Keďže každá hrana plastu má odpor $R$ a celý plást je symetrický na otočenie o $\ang{120}$, prúd sa začne deliť rovnomerne, tj. do každého z troch hrán začínajúcich v $A$ potečie prúd $I/3$. Teraz zoberme druhý prípad nechajme z nekonečna pritekať prúd do bodu $B$ kde bude vytekať. Analogicky, každou hranou bude susednou s $B$ bude pritekať prúd $I/3$.
Teraz keď tieto dva modely cez seba sčítame, t.j. v každej hrane bude tiecť prúd $I_A+I_B$ kde $I_A$ (resp. $I_B$) je prúd, ktorý tečie hranou v modeli prítoku do $A$ (je prúd, ktorý tečie hranou v modeli výtoku v $B$). Nezabudnime však na smer tečenia prúdu. Teda treba uvažovať, že ak sú opačne orientované a nech $|I_A|>|I_B|$ tak výsledný prúd bude v smere $I_A$ a bude mať veľkosť $I_A-I_B$. Uvedomme si, že v nekonečne už nebudeme mať ani stoku ani zdroj, lebo rozdiely prúdov tam budú nulové.
V hrane $AB$ bude teraz tiecť prúd $I/3+I/3=2I/3$. A čo vo zvyšku? No vieme, že v zdroji $A$ priteká prúd $I$ a v stoke $B$ odteká prúd $I$ takže zvyškom musí dokopy tiecť prúd $I/3$. No a teraz stačí nájsť takú elementárnu schému obvodu, čo rozdelí prúd na $2I/3$ cez rezistor s odporom $R$ a $I/3$ rezistorom s odporom $x$, tj. sériové zapojenie. No ale, keďže musí platiť $2I/3 \cdot R = x \cdot I$ tak jednoducho vieme dopočítať, že $x=2R$. Preto schému, na ktorú zjednodušíme plást je paralelne zapojenie dvoch rezistorov jeden s odporom $R$ a druhý s odporom $2R$. Toto zapojenie má celkový odpor
$$\frac{1}{\frac{1}{R}+\frac{1}{2R}}=\frac{1}{\frac{3}{2R}}= \frac{2R}{3}.$$
Teda celkový odpor medzi bodmi $A$ a $B$ vo včeľom plaste je $\frac{2R}{3}$.
Fyzikálny korešpondenčný seminár zastrešuje občianske združenie Trojsten.
Trojsten, o.z.
FMFI UK, Mlynská dolina
842 48 Bratislava
Kategória pre makačov
Tímová fyzikálna súťaž pre stredoškolákov
Intenzívny fyzikálny zážitok v lete