Номер 4, страница 112 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 25. Применение законов Ньютона. 3. Динамика материальной точки. Механика - номер 4, страница 112.

Условие.

4. Какие часы следует использовать в условиях невесомости: маятниковые, песчаные, пружинные?

Решение.

Для того чтобы определить, какие часы будут работать в условиях невесомости, необходимо проанализировать принцип действия каждого из предложенных типов часов, так как их работа может зависеть от наличия силы тяжести.

Маятниковые часы
Принцип работы маятниковых часов основан на периодических колебаниях маятника. Период колебаний математического маятника, который и определяет ход часов, напрямую зависит от ускорения свободного падения $g$. Формула периода колебаний выглядит следующим образом:
$T = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}}$
где $L$ — длина маятника, $g$ — ускорение свободного падения.В условиях невесомости ускорение свободного падения $g = 0$. При подстановке этого значения в формулу мы получим деление на ноль, что означает, что период колебаний $T$ становится бесконечно большим. Физически это значит, что маятник не будет совершать колебания, так как отсутствует возвращающая сила тяжести. Следовательно, маятниковые часы в невесомости работать не будут.

Песочные часы
Работа песочных часов основана на пересыпании песка из верхнего резервуара в нижний под действием силы тяжести. Именно гравитация заставляет песчинки падать вниз, отмеряя таким образом промежуток времени. В условиях невесомости сила тяжести отсутствует, поэтому песок не будет пересыпаться. Песчинки будут просто парить внутри сосуда. Таким образом, песочные часы также не функционируют в невесомости.

Пружинные часы
В пружинных (механических) часах в качестве колебательной системы используется узел «баланс-спираль» (маховик, или балансир, и тонкая спиральная пружина, называемая волоском). Энергия для работы механизма запасается в заводной пружине. Период колебаний балансира определяется его моментом инерции $I$ и жесткостью пружины-волоска $k$ и не зависит от силы тяжести:
$T = 2\pi\sqrt{\frac{I}{k}}$
Возвращающая сила в этой системе создается за счет упругости спиральной пружины, а не гравитации. Поэтому пружинные часы сохраняют свою работоспособность и точность в условиях невесомости.

Ответ: В условиях невесомости следует использовать пружинные часы, так как их работа основана на силе упругости пружины и не зависит от силы тяжести, в отличие от маятниковых и песочных часов.