Номер 4, страница 146 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 24. Динамика равномерного движения материальной точки по окружности. Глава 3. Динамика. Механика - номер 4, страница 146.

Условие.

4. Приведите примеры сил, которые могут обеспечивать телу центростремительное ускорение.

Решение.

Центростремительное ускорение — это ускорение, с которым тело движется по криволинейной траектории (например, по окружности). Согласно второму закону Ньютона, любое ускорение вызывается действием силы (или равнодействующей всех сил), направленной в ту же сторону, что и ускорение. Сила, обеспечивающая центростремительное ускорение, называется центростремительной силой. Она всегда направлена к центру кривизны траектории. Важно понимать, что центростремительная сила — это не какой-то особый, новый вид взаимодействия, а роль, которую выполняет одна из уже известных сил или их равнодействующая.

Ниже приведены примеры различных по своей природе сил, которые могут выступать в качестве центростремительной силы.

1. Сила всемирного тяготения
Эта сила заставляет планеты и другие небесные тела двигаться по орбитам вокруг более массивных тел. Например, сила гравитационного притяжения Земли к Солнцу является центростремительной силой, которая удерживает нашу планету на околокруговой орбите. Аналогично, сила притяжения Луны к Земле обеспечивает ее вращение вокруг нашей планеты.

2. Сила натяжения нити
Если вращать на веревке какой-либо предмет, например, шарик, то центростремительной силой, заставляющей его двигаться по окружности, будет сила натяжения веревки. Она направлена от шарика вдоль веревки к центру вращения.

3. Сила трения покоя
Когда автомобиль совершает поворот на горизонтальной дороге, не скользя, его удерживает на дуге окружности именно сила трения покоя между шинами и асфальтом. Эта сила направлена к центру поворота. Если скорость слишком велика или дорога скользкая, силы трения может не хватить для обеспечения необходимого центростремительного ускорения, и автомобиль начнет заносить.

4. Сила упругости (или ее составляющая)
Когда самолет выполняет вираж, он кренится на крыло. При этом подъемная сила крыльев, перпендикулярная их плоскости, наклоняется. Горизонтальная составляющая этой подъемной силы и играет роль центростремительной силы, заставляя самолет поворачивать. Другой пример — автомобиль на наклонном треке (вираже). Горизонтальная составляющая силы нормальной реакции опоры направлена к центру поворота и обеспечивает центростремительное ускорение.

5. Электростатическая сила (сила Кулона)
В планетарной модели атома отрицательно заряженный электрон движется по орбите вокруг положительно заряженного ядра. Сила электростатического притяжения между ними действует как центростремительная сила, удерживая электрон на орбите.

6. Магнитная сила (сила Лоренца)
Заряженная частица, которая движется в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, испытывает действие силы Лоренца. Эта сила всегда перпендикулярна вектору скорости частицы, поэтому она не изменяет величину скорости, а лишь искривляет траекторию. В однородном поле траектория становится окружностью, и сила Лоренца выполняет роль центростремительной силы. Это явление используется в циклотронах и масс-спектрометрах.

Ответ: Центростремительное ускорение телу могут обеспечивать такие силы, как: сила всемирного тяготения, сила натяжения, сила трения покоя, сила упругости (или ее компонента), электростатическая сила, магнитная сила (сила Лоренца). В общем случае это может быть любая сила или равнодействующая нескольких сил, направленная к центру кривизны траектории движения тела.