Номер 5, страница 143, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава III. Законы сохранения в механике. Параграф 14. Условия применения закона сохранения импульса - номер 5, страница 143.

Условие.

°5. Рассмотрите рисунок 14.1, на котором изображены первоклассник и десятиклассник, соревнующиеся в перетягивании каната. Трением между колёсами скейтбордов и полом можно пренебречь. Объясните, почему суммарный импульс школьников сохраняется.

Рис. 14.1

Решение 2.

Для того чтобы определить, сохраняется ли суммарный импульс системы, необходимо проанализировать силы, действующие на тела этой системы. В данном случае система состоит из двух школьников на скейтбордах.

Силы, действующие на систему, можно разделить на внутренние и внешние.

Внутренние силы — это силы взаимодействия между телами внутри системы. В данном случае это силы натяжения каната ($\vec{F}_{1}$ и $\vec{F}_{2}$), с которыми школьники действуют друг на друга. Согласно третьему закону Ньютона, эти силы равны по модулю и противоположны по направлению ($\vec{F}_{1} = - \vec{F}_{2}$). Их векторная сумма всегда равна нулю ($\vec{F}_{1} + \vec{F}_{2} = 0$), поэтому внутренние силы не могут изменить суммарный импульс системы.

Внешние силы — это силы, действующие на систему со стороны тел, не входящих в неё. К ним относятся:

1. Силы тяжести ($m_1\vec{g}$ и $m_2\vec{g}$), направленные вертикально вниз.

2. Силы нормальной реакции опоры ($\vec{N}_1$ и $\vec{N}_2$), направленные вертикально вверх.

3. Силы трения между колёсами скейтбордов и полом.

Поскольку движение происходит по горизонтальной поверхности, силы тяжести скомпенсированы силами нормальной реакции опоры, то есть их векторная сумма равна нулю ($\vec{N}_1 + m_1\vec{g} = 0$ и $\vec{N}_2 + m_2\vec{g} = 0$). По условию задачи, трением между колёсами и полом можно пренебречь. Следовательно, равнодействующая всех внешних сил, действующих на систему, равна нулю.

Система тел, на которую не действуют внешние силы или их векторная сумма равна нулю, называется замкнутой. Согласно закону сохранения импульса, полный (суммарный) импульс замкнутой системы тел остаётся постоянным (сохраняется). Так как система «первоклассник – десятиклассник» является замкнутой, её суммарный импульс сохраняется.

Ответ: Суммарный импульс школьников сохраняется, потому что система, состоящая из двух школьников на скейтбордах, является замкнутой. Равнодействующая всех внешних сил (сил тяжести, сил реакции опоры и сил трения), действующих на систему, равна нулю, так как силы тяжести и реакции опоры скомпенсированы, а силой трения по условию можно пренебречь.