Номер 3, страница 97 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 12. Движение под действием сил всемирного тяготения - номер 3, страница 97.

Условие.

3. В чём ошибочность утверждения: «Под действием силы тяжести все тела вблизи поверхности Земли падают с ускорением свободного падения»? Как надо его изменить, чтобы оно стало правильным?

Решение.

В чём ошибочность утверждения: «Под действием силы тяжести все тела вблизи поверхности Земли падают с ускорением свободного падения»?

Ошибочность данного утверждения заключается в том, что оно не учитывает действие других сил, кроме силы тяжести. В реальных условиях, при падении тел в атмосфере Земли, на них всегда действует сила сопротивления воздуха, направленная против движения. Ускорение свободного падения $\text{g}$ — это ускорение, с которым тело двигалось бы под действием только силы тяжести.

Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая сила, приложенная к телу, равна произведению массы тела на его ускорение: $F_{равн} = ma$. При падении в воздухе на тело действуют две силы: сила тяжести $F_{тяж} = mg$, направленная вниз, и сила сопротивления воздуха $F_{сопр}$, направленная вверх. Таким образом, равнодействующая сила равна $F_{равн} = F_{тяж} - F_{сопр}$.

Следовательно, реальное ускорение тела $\text{a}$ определяется выражением:

$ma = mg - F_{сопр}$

$a = g - \frac{F_{сопр}}{m}$

Поскольку сила сопротивления воздуха $F_{сопр}$ для движущегося тела не равна нулю, его реальное ускорение $\text{a}$ всегда меньше ускорения свободного падения $\text{g}$. Величина силы сопротивления зависит от формы, размеров, скорости тела и плотности воздуха. Поэтому разные тела (например, перо и камень) будут падать с разным ускорением. Утверждение было бы верным только в идеализированном случае — в вакууме.

Ответ: Утверждение ошибочно, так как не учитывает силу сопротивления воздуха, которая действует на все тела при падении в атмосфере и уменьшает их ускорение.

Как надо его изменить, чтобы оно стало правильным?

Чтобы утверждение стало правильным, необходимо добавить условие, при котором влиянием других сил, кроме силы тяжести, можно пренебречь. Таким условием является отсутствие воздуха, то есть вакуум.

Корректная формулировка утверждения будет следующей:

«Под действием силы тяжести в вакууме (или если сопротивление воздуха пренебрежимо мало) все тела вблизи поверхности Земли падают с ускорением свободного падения».

Ответ: Следует добавить условие отсутствия сопротивления воздуха. Правильное утверждение: «Под действием силы тяжести в вакууме все тела вблизи поверхности Земли падают с ускорением свободного падения».