Номер 23, страница 90, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава II. Динамика. Параграф 8. Силы упругости - номер 23, страница 90.

Условие.

23. Объясните, почему космонавты находятся в состоянии невесомости во время полёта только при выключенных двигателях космического корабля.

Решение 2.

Состояние невесомости, которое испытывают космонавты, — это состояние свободного падения, когда на тело (космонавта) и его окружение (космический корабль) действует только сила гравитации. Вес тела, определяемый как сила давления на опору, в этом случае равен нулю.

Когда двигатели космического корабля выключены, он движется по своей орбите под действием только силы гравитационного притяжения Земли (или другого небесного тела). И сам корабль, и все, что находится внутри него, включая космонавтов, падают с одинаковым ускорением. Из-за того, что и космонавт, и его "опора" (например, пол корабля) падают вместе, космонавт не давит на пол. Он свободно парит внутри корабля. Это и есть состояние невесомости.

Когда же двигатели включаются, они создают реактивную силу тяги. Эта сила сообщает кораблю дополнительное ускорение, не связанное с гравитацией. Теперь корабль движется не только под действием силы тяжести, но и под действием силы тяги. Чтобы космонавт двигался с таким же ускорением, как и корабль, на него должна подействовать сила со стороны корабля. Пол или кресло начинают давить на космонавта, и возникает сила реакции опоры. Эту силу космонавт ощущает как вес. Например, если тяга двигателей направлена так, чтобы ускорять корабль "вверх" от Земли с ускорением $\text{a}$, то вес космонавта будет равен $P = m(g+a)$. Так как вес становится отличным от нуля, состояние невесомости прекращается. Космонавты в этот момент испытывают перегрузки.

Таким образом, ключевым условием для невесомости является движение исключительно под действием силы тяжести. Работающие двигатели создают дополнительную, негравитационную силу, нарушая это условие.

Ответ: Космонавты находятся в состоянии невесомости только при выключенных двигателях, потому что в этот момент и корабль, и сами космонавты находятся в состоянии свободного падения — на них действует только сила гравитации, и они движутся с одинаковым ускорением. При включении двигателей возникает дополнительная сила тяги, которая ускоряет корабль; пол корабля начинает давить на космонавтов, чтобы сообщить им то же ускорение, в результате чего возникает вес и состояние невесомости исчезает.