Номер 11, страница 124 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Вопросы и задачи к главе «динамика» - номер 11, страница 124.

Условие.

11. Камень брошен вертикально вверх. В какие моменты полёта он находится в состоянии невесомости? Изменится ли ответ, если камень брошен под углом к горизонту? Считайте, что сопротивлением воздуха можно пренебречь.

Решение.

Решение

Состояние невесомости — это состояние, при котором вес тела равен нулю. Вес тела $\text{P}$ — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Если тело движется с ускорением $\vec{a}$, его вес определяется векторной формулой $\vec{P} = m(\vec{g} - \vec{a})$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\vec{g}$ — ускорение свободного падения. Невесомость ($P=0$) наступает тогда, когда ускорение тела равно ускорению свободного падения: $\vec{a} = \vec{g}$. Такое движение тела под действием одной лишь силы тяжести называется свободным падением.

В какие моменты полёта камень, брошенный вертикально вверх, находится в состоянии невесомости?

По условию задачи, сопротивлением воздуха можно пренебречь. Это означает, что с момента, когда камень покинул руку, и до момента его падения, единственной силой, действующей на него, является сила тяжести, направленная вертикально вниз: $\vec{F_g} = m\vec{g}$.

Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела равно $\vec{a} = \frac{\vec{F_{net}}}{m}$. Так как на камень действует только сила тяжести ($\vec{F_{net}} = \vec{F_g}$), его ускорение в любой момент полёта (и при движении вверх, и в верхней точке траектории, и при движении вниз) равно $\vec{a} = \frac{m\vec{g}}{m} = \vec{g}$.

Поскольку ускорение камня на протяжении всего полёта равно ускорению свободного падения, он находится в состоянии свободного падения, то есть в состоянии невесомости.

Ответ: Камень находится в состоянии невесомости в течение всего времени полёта, с момента отрыва от руки до момента приземления.

Изменится ли ответ, если камень брошен под углом к горизонту?

Нет, ответ не изменится. При броске под углом к горизонту (если пренебречь сопротивлением воздуха) единственной силой, действующей на камень в полёте, остаётся сила тяжести $\vec{F_g}$.

Направление начальной скорости влияет на траекторию движения (она становится параболической), но не влияет на действующие силы. Ускорение камня по-прежнему будет сообщаться только силой тяжести и будет равно $\vec{a} = \vec{g}$.

Следовательно, камень, брошенный под углом к горизонту, так же, как и брошенный вертикально, находится в состоянии невесомости на протяжении всего своего полёта.

Ответ: Нет, ответ не изменится. Камень будет находиться в состоянии невесомости в течение всего времени полёта.