Вариант 3, страница 20 - гдз по физике 10 класс самостоятельные и контрольные работы Ерюткин, Ерюткина

Самостоятельная работа № 1. Первый закон Ньютона. Динамика. Механика - страница 20.

Условие.

Вариант 3

1. Автомобиль, двигаясь равномерно, совершает разворот. Является ли система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальной?

2. Поезд, подходя к станции, замедляет своё движение. В каком направлении в это время легче двигать чемодан по полу вагона поезда?

Решение.

1. Автомобиль, двигаясь равномерно, совершает разворот. Является ли система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальной?

Решение
Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это система отсчёта, в которой выполняется первый закон Ньютона (закон инерции). Согласно этому закону, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или их действие скомпенсировано. Главным свойством ИСО является отсутствие у неё ускорения.
В условии задачи сказано, что автомобиль движется равномерно, то есть модуль его скорости постоянен ($v = const$). Однако при совершении разворота автомобиль движется по криволинейной траектории. Движение по кривой, даже с постоянной по модулю скоростью, является ускоренным движением, так как направление вектора скорости постоянно меняется. Это ускорение называется центростремительным, и оно направлено к центру кривизны траектории.
Поскольку автомобиль имеет ускорение, система отсчёта, связанная с ним, движется ускоренно. Следовательно, она не является инерциальной. В такой системе отсчёта для описания движения тел необходимо вводить фиктивные силы, или силы инерции.

Ответ: Нет, система отсчёта, связанная с автомобилем, не является инерциальной, так как автомобиль движется с центростремительным ускорением.

2. Поезд, подходя к станции, замедляет своё движение. В каком направлении в это время легче двигать чемодан по полу вагона поезда?

Решение
Когда поезд замедляет движение, он движется с отрицательным ускорением (замедлением), которое направлено против хода поезда. Система отсчёта, связанная с поездом, является неинерциальной, так как она движется с ускорением.
В неинерциальной системе отсчёта на все тела массой $\text{m}$ действует так называемая сила инерции, которая равна $\vec{F}_{ин} = -m\vec{a}$, где $\vec{a}$ — ускорение системы отсчёта.
В данном случае вектор ускорения поезда $\vec{a}$ направлен против движения. Следовательно, вектор силы инерции $\vec{F}_{ин}$, действующей на чемодан, направлен в противоположную сторону ускорению, то есть по ходу движения поезда. Эта сила как бы "толкает" чемодан вперёд.
Чтобы сдвинуть чемодан, необходимо приложить силу, достаточную для преодоления силы трения покоя.
1. Если двигать чемодан по ходу движения поезда, то прикладываемой нами силе будет "помогать" сила инерции. Суммарная сила, действующая на чемодан в этом направлении, будет равна сумме приложенной силы и силы инерции. Усилие, которое нужно приложить, будет меньше силы трения на величину силы инерции.
2. Если двигать чемодан против хода движения поезда, то приложенной силе будет противодействовать не только сила трения, но и сила инерции, которая по-прежнему направлена по ходу поезда. В этом случае придётся приложить большее усилие, чтобы преодолеть обе эти силы.
Таким образом, двигать чемодан легче в том направлении, куда его "толкает" сила инерции, то есть по ходу движения поезда.

Ответ: Легче двигать чемодан по направлению движения поезда.