Номер 4, страница 104 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 13. Вес и невесомость - номер 4, страница 104.

Условие.

4. Расскажите о состоянии невесомости. При каком условии тело находится в состоянии невесомости? Приведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ.

Решение.

Состояние невесомости — это состояние, в котором вес тела равен нулю. Важно понимать, что невесомость не означает отсутствие силы тяжести. Сила тяжести, определяемая по формуле $F_т = mg$, продолжает действовать на тело, но из-за особенностей движения тело не оказывает давления на опору или не растягивает подвес.

Вес тела, обозначаемый как $\text{P}$, — это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. Если тело вместе с опорой движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально вниз, его вес определяется формулой $P = m(g - a)$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

При каком условии тело находится в состоянии невесомости?

Состояние невесомости, при котором вес $P = 0$, наступает тогда, когда тело движется, испытывая ускорение, равное ускорению свободного падения, то есть $a = g$. Подставив это условие в формулу веса, получим: $P = m(g - g) = 0$. Движение тела только под действием силы тяжести называется свободным падением. Следовательно, тело находится в состоянии невесомости, когда оно свободно падает.

Приведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ.

1. Космический корабль на орбите. Космический аппарат, космонавты и все предметы на борту находятся в состоянии непрерывного свободного падения на Землю. Они движутся по криволинейной траектории (орбите) с таким расчетом, чтобы постоянно «промахиваться» мимо планеты. Поскольку их ускорение в точности равно ускорению свободного падения на данной высоте, они испытывают невесомость.

2. Свободно падающее тело. Любой предмет, который падает без учета сопротивления воздуха, находится в невесомости. Классический пример — лифт, у которого оборвался трос. Пассажиры внутри такого лифта будут падать с тем же ускорением, что и кабина, и перестанут давить на пол, то есть окажутся в невесомости.

3. Полет по параболе. Специальные самолеты-лаборатории могут создавать кратковременную невесомость (на 20-30 секунд), выполняя полет по параболической траектории. Во время движения по верхней части параболы самолет фактически находится в свободном падении, и все внутри него испытывают состояние невесомости.

4. Подброшенный мяч. С момента, когда мяч покинул руку, и до момента его падения (если пренебречь сопротивлением воздуха), он движется только под действием силы тяжести. Его ускорение на всем протяжении полета равно $\text{g}$ и направлено вниз. Поэтому мяч в полете находится в состоянии невесомости.

Ответ: Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю. Тело находится в состоянии невесомости, если оно движется только под действием силы тяжести, то есть его ускорение равно ускорению свободного падения ($a=g$). Примерами являются движение искусственных спутников и космонавтов на орбите, а также любое свободно падающее тело на Земле (например, в самолете, летящем по параболе, или в оборвавшемся лифте).