Номер 2, страница 35, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Бросьте вниз с одинаковой высоты перышко и теннисный шарик. Сделайте вывод.

Решение

Если бросить вниз с одинаковой высоты перышко и теннисный шарик, можно будет наблюдать, что теннисный шарик достигнет земли значительно раньше. Перышко будет опускаться медленно, паря в воздухе, в то время как шарик быстро устремится вниз.

Это явление объясняется влиянием двух основных сил, действующих на падающие тела в атмосфере Земли: силы тяжести и силы сопротивления воздуха.

1. Сила тяжести: Согласно закону всемирного тяготения, Земля притягивает к себе все тела. В отсутствие других сил все тела, независимо от их массы, падали бы с одинаковым ускорением свободного падения, равным $g \approx 9.8$ м/с². Это означает, что в вакууме (безвоздушном пространстве) перышко и теннисный шарик, брошенные с одной высоты, упали бы на землю одновременно.

2. Сила сопротивления воздуха: При движении в воздухе на тело действует сила сопротивления, направленная в сторону, противоположную движению. Величина этой силы зависит от многих факторов, в том числе от скорости тела, его формы и площади поперечного сечения.

• У перышка очень маленькая масса и при этом большая площадь поверхности. Из-за этого сила сопротивления воздуха становится значительной даже при небольшой скорости падения. Она быстро уравновешивает небольшую силу тяжести, действующую на перо, в результате чего перо начинает падать с небольшой, практически постоянной скоростью.
• У теннисного шарика гораздо большая масса по сравнению с перышком, а его форма более обтекаемая. Сила тяжести, действующая на шарик, значительно превосходит силу сопротивления воздуха на начальном этапе падения. Поэтому шарик падает с ускорением, близким к ускорению свободного падения $\text{g}$, и набирает большую скорость. Сила сопротивления воздуха становится сравнимой с силой тяжести для шарика лишь при гораздо более высокой скорости.

Вывод:

Различная скорость падения перышка и теннисного шарика в воздухе объясняется не разницей в их массах как таковой, а различным влиянием силы сопротивления воздуха. Для легких тел с большой площадью поверхности (как перышко) эта сила играет доминирующую роль и сильно замедляет падение. Для тяжелых и компактных тел (как теннисный шарик) ее влияние на начальном этапе падения гораздо меньше, и они падают почти со свободным ускорением.

Ответ: Теннисный шарик упадет на землю значительно быстрее перышка. Это происходит потому, что сила сопротивления воздуха оказывает гораздо большее тормозящее действие на легкое и имеющее большую поверхность перышко, чем на более тяжелый и компактный шарик.