Номер 2, страница 57 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 6. Закон инерции — первый закон Ньютона - номер 2, страница 57.

Условие.

2. Шар катится по горизонтальной поверхности. Объясните, почему его скорость уменьшается.

Решение.

2. Решение

Скорость шара, катящегося по горизонтальной поверхности, уменьшается, потому что на него действуют силы, противодействующие движению. Согласно второму закону Ньютона ($ \vec{F}_{рез} = m \cdot \vec{a} $), наличие результирующей силы, направленной против вектора скорости, вызывает отрицательное ускорение (замедление). Основными силами, тормозящими шар, являются:

1. Сила трения качения. Эта сила является основной причиной замедления для большинства случаев качения. Она возникает из-за небольшой деформации как самого шара, так и поверхности в точке их контакта. Из-за этого точка приложения нормальной силы реакции опоры смещается немного вперед по ходу движения, создавая момент силы, который тормозит вращение, и горизонтальную составляющую, которая тормозит поступательное движение. По сути, шар постоянно "вкатывается" на микроскопический бугорок перед собой. Энергия при этом расходуется на необратимую деформацию и превращается в тепло.

2. Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление). При движении в воздухе шар испытывает сопротивление со стороны молекул воздуха. Эта сила всегда направлена против вектора скорости. Её величина зависит от скорости, размеров и формы тела, а также от плотности воздуха.

Совокупное действие этих сил сопротивления создает результирующую силу, направленную противоположно движению шара. Эта сила совершает отрицательную работу, в результате чего кинетическая энергия шара (включающая энергию поступательного и вращательного движения) уменьшается, переходя во внутреннюю энергию (тепло), и его скорость падает.

Ответ: Скорость шара уменьшается из-за действия сил сопротивления движению, главными из которых являются сила трения качения (возникающая из-за деформации шара и поверхности) и сила сопротивления воздуха. Эти силы направлены против движения, вызывают замедление шара и превращают его кинетическую энергию в тепло.