В вашем распоряжении имеются 50 резисторов с номиналами 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом, …, 10 Ом – каждого номинала по пять штук. Какое максимальное количество сбалансированных мостов Уитстона можно одновременно собрать из этого набора так, чтобы в каждой мостовой схеме все резисторы имели разное сопротивление?

Мост Уитстона является сбалансированным когда разность потенциалов равна нулю, по нашей схеме если φ1-φ2=0, то мост Уитстона в нашем случае является сбалансированным.

В узел E, поступает ток I1 и из узла выпускает ток I3 и j, ток j=0, так как напряжение - это разность потенциалов, а у нас в этом месте φ1-φ2=0 то есть как раз разность потенциалов равна нулю (так как это сбалансированный мост Уитстона) значит и напряжение на этом участке равно 0 и по закону Ома j=U/r где r-сопротивление резистора; j-ток протекающий через этот участок; U-разность потенциалов на этом участке. Следовательно j=0/r даже не зная r понятно, что j=0 А так как 0 в числителе. Поэтому по закону сохранения заряда какой ток поступает в узел такой и выпускает. То есть I1=I3+j мы выяснили что j=0, следовательно I1=I3.

В узел F, поступает ток j и I2, а выпускается ток I4. По закону сохранения заряда j+I2=I4 так как мы выяснили, что j=0, то I2=I4.

Так как φ1-φ2=0, то φ1=φ2 обозначим их как просто φ, то есть φ1=φ2=φ.

Так как напряжение - это разность потенциалов (по определению), то по закону Ома:

I1=(U-φ1)/R1=(U-φ)/R1

I3=(φ1-0)/R3=(φ-0)/R3=φ/R3

I2=(U-φ2)/R2=(U-φ)/R2

I4=(φ2-0)/R4=(φ-0)/R4=φ/R4

Раз I1=I3 и I2=I4, то:

1) I1=I3

(U-φ)/R1=φ/R3

2) I2=I4

(U-φ)/R2=φ/R4

Составим систему уравнений:

(U-φ)/R1=φ/R3

(U-φ)/R2=φ/R4

(U-φ)/φ=R1/R3

(U-φ)/φ=R2/R4

Следовательно:

R1/R3=R2/R4

R1*R4=R2*R3 - это значит, что когда у нас сбалансированный мост Уитстона, то произведения сопротивлений по диагонали равны.

Каждое равенство R1*R4=R2*R3 - это 1 комбинация (1 отдельный сбалансированный мост Уитстона), главное чтобы в каждой комбинации были разные R1 и R2 и R3 и R4  (так как по условию просят, чтобы резисторы, а следовательно и сопротивление было разным).

Также следим чтобы во всех комбинациях не повторялись цифры больше чем 5 раз, так как по условию у нас имеется по 5 штук резисторов каждого сопротивления от 1 Ом до 10 Ом.

Ну и само собой R1, R2, R3, R4 не может быть меньше 1 Ом и больше 10 Ом (по условию).

Я нашёл таких комбинаций 8 штук, вот они:

1) 1*10=2*5

2) 1*8=2*4

3) 1*6=2*3

4) 2*6=3*4

5) 2*10=4*5

6) 3*8=4*6

7) 3*10=5*6

8) 4*10=5*8

То есть итого можно собрать одновременно из этого набора как максимум 8 сбалансированных мостов Уитстона, при том что в каждой мостовой схеме все резисторы имеют разное сопротивление.

Объяснение: