Номер 3, страница 112 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 4. Законы сохранения в механике. Параграф 21. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Вопросы - номер 3, страница 112.

Условие.

3. Почему две взаимодействующие тележки (см. рис. 78) можно считать замкнутой системой тел?

Решение.

3. Систему тел называют замкнутой (или изолированной), если векторная сумма всех внешних сил, действующих на систему, равна нулю ($\sum \vec{F}_{внешн} = 0$). Также систему можно считать замкнутой, если внешние силы значительно меньше внутренних сил, действующих между телами системы, и их действием можно пренебречь.

Рассмотрим систему, состоящую из двух взаимодействующих тележек, движущихся по горизонтальной поверхности. На эту систему действуют как внешние, так и внутренние силы.

Внешними силами для системы тележек являются:

1. Силы тяжести, действующие на каждую тележку: $m_1\vec{g}$ и $m_2\vec{g}$.

2. Силы нормальной реакции опоры, действующие со стороны поверхности: $\vec{N}_1$ и $\vec{N}_2$.

3. Силы трения и сопротивления воздуха, действующие на каждую тележку.

Внутренними силами являются силы взаимодействия между самими тележками, например, силы упругости при столкновении, $\vec{F}_{12}$ и $\vec{F}_{21}$.

Поскольку тележки движутся по горизонтальной плоскости, силы, действующие в вертикальном направлении, скомпенсированы. Сила тяжести для каждой тележки уравновешивается силой нормальной реакции опоры: $m_1\vec{g} + \vec{N}_1 = 0$ и $m_2\vec{g} + \vec{N}_2 = 0$. Следовательно, сумма всех вертикальных внешних сил, действующих на систему, равна нулю.

Внешние силы, действующие в горизонтальном направлении, — это силы трения и сопротивления воздуха. В условиях учебного эксперимента этими силами обычно можно пренебречь, так как они малы по сравнению с внутренними силами, возникающими при взаимодействии тележек (например, силами упругости при столкновении или отталкивании пружиной). Таким образом, можно считать, что суммарная сила трения $\sum \vec{F}_{тр} \approx 0$ и суммарная сила сопротивления воздуха $\sum \vec{F}_{сопр} \approx 0$.

В итоге, векторная сумма всех внешних сил, действующих на систему, оказывается практически равной нулю: $\sum \vec{F}_{внешн} = (m_1\vec{g} + \vec{N}_1) + (m_2\vec{g} + \vec{N}_2) + \sum \vec{F}_{тр} + \sum \vec{F}_{сопр} \approx 0$.

Именно поэтому систему из двух взаимодействующих тележек можно с хорошей степенью точности считать замкнутой и применять к ней закон сохранения импульса.

Ответ: Систему из двух взаимодействующих тележек можно считать замкнутой, потому что внешние силы, действующие на систему, скомпенсированы или пренебрежимо малы. Силы тяжести и силы нормальной реакции опоры, действующие на тележки в вертикальном направлении, уравновешивают друг друга. Силами трения и сопротивления воздуха, действующими в горизонтальном направлении, как правило, можно пренебречь, так как они значительно меньше внутренних сил взаимодействия между тележками. В результате векторная сумма внешних сил, приложенных к системе, оказывается близкой к нулю.