Номер 2, страница 95 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 3. Динамика. Параграф 18. Вес тела. Перегрузки. Невесомость. Вопросы - номер 2, страница 95.

Условие.

2. При каких условиях модуль веса тела равен модулю силы тяжести, действующей на тело?

Решение.

1. К какому виду сил относится вес тела?

Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле (или другому небесному телу) действует на опору или подвес. По своей физической природе вес является силой упругости. Когда тело давит на опору, оно вызывает её деформацию. В ответ на деформацию в опоре возникает сила упругости, которая, согласно третьему закону Ньютона, равна по модулю и противоположна по направлению весу тела (сила реакции опоры, действующая на тело, и вес тела, действующий на опору, составляют пару "действие-противодействие"). Силы упругости обусловлены электромагнитным взаимодействием между атомами и молекулами вещества. Таким образом, хотя причиной возникновения веса является гравитационное притяжение, сам вес по своей природе является проявлением электромагнитных сил.

Ответ: Вес тела по своей физической природе относится к силам упругости, которые являются проявлением электромагнитных сил.

2. При каких условиях модуль веса тела равен модулю силы тяжести, действующей на тело?

Сила тяжести, $F_{тяж}$, – это сила, с которой Земля притягивает тело. Она приложена к центру масс тела и определяется по формуле $F_{тяж} = mg$, где $\text{m}$ – масса тела, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения.

Вес тела, $\text{P}$, – это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Эта сила приложена к опоре или подвесу.

Рассмотрим тело массой $\text{m}$ на горизонтальной опоре. На тело действуют сила тяжести $\vec{F}_{тяж}$ (вниз) и сила нормальной реакции опоры $\vec{N}$ (вверх). Согласно второму закону Ньютона, $m\vec{a} = \vec{F}_{тяж} + \vec{N}$.

Запишем это уравнение в проекции на вертикальную ось OY, направленную вверх:

$ma_y = N - F_{тяж}$

Отсюда можно выразить силу реакции опоры: $N = F_{тяж} + ma_y = mg + ma_y = m(g + a_y)$.

Согласно третьему закону Ньютона, вес тела $\vec{P}$ равен по модулю силе реакции опоры $\vec{N}$. Следовательно, модуль веса $P = N$.

Таким образом, формула для веса тела: $P = m(g + a_y)$.

Чтобы модуль веса тела был равен модулю силы тяжести ($P = F_{тяж}$), должно выполняться условие:

$m(g + a_y) = mg$

Сократив массу $\text{m}$ (при условии, что $m \neq 0$), получим: $g + a_y = g$.

Это равенство справедливо только тогда, когда вертикальная составляющая ускорения тела $a_y = 0$.

Нулевое ускорение означает, что тело либо находится в состоянии покоя, либо движется прямолинейно и равномерно. Следовательно, для равенства модулей веса и силы тяжести необходимо, чтобы тело и его опора (или подвес) покоились или двигались с постоянной скоростью.

Ответ: Модуль веса тела равен модулю силы тяжести, действующей на тело, при условии, что тело вместе с опорой или подвесом находится в состоянии покоя или движется прямолинейно и равномерно (то есть с нулевым ускорением) относительно инерциальной системы отсчета.