Номер 1, страница 97, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. В пробке от любой пластиковой бутылки проделайте два отверстия, в которые протяните две нитки. Вращая пробку вокруг оси, проходящей параллельно ниткам, закрутите нитки. Растягивая нитки, наблюдайте вращение пробки. Объясните процесс.

1. Данный эксперимент демонстрирует преобразование энергии и действие момента силы. Процесс можно объяснить следующим образом:

1. Когда вы вращаете пробку, закручивая нити, вы совершаете работу. Эта работа накапливается в виде потенциальной энергии упругой деформации в скрученных нитях. Чем сильнее закручены нити, тем больше потенциальной энергии в них запасено.

2. Когда вы растягиваете концы нитей, в них возникает сила натяжения, которая действует на пробку в точках, где нити проходят через отверстия.

3. Поскольку отверстия находятся на некотором расстоянии от центра пробки (оси вращения), силы натяжения создают вращающий момент (момент силы). Момент силы $\tau$ заставляет тело вращаться. Он равен произведению силы на плечо (расстояние от оси вращения до линии действия силы). В данном случае обе нити создают моменты сил, которые складываются и заставляют пробку вращаться в направлении раскручивания нитей.

4. Под действием этого суммарного вращающего момента пробка начинает вращаться с угловым ускорением. В процессе раскручивания нитей запасённая в них потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию вращательного движения пробки. Кинетическая энергия вращающегося тела описывается формулой $E_k = \frac{1}{2}I\omega^2$, где $\text{I}$ — момент инерции пробки, а $\omega$ — её угловая скорость. В результате пробка быстро раскручивается.

5. После того как нити полностью раскрутятся, пробка по инерции продолжит вращаться и начнёт закручивать нити в противоположном направлении. Если в этот момент ослабить натяжение, а затем снова потянуть, цикл повторится, и пробка будет вращаться то в одну, то в другую сторону. Этот принцип используется в некоторых игрушках, например, в игрушке-жужжалке.

Ответ: При растягивании предварительно закрученных нитей силы их натяжения создают вращающий момент, который приводит пробку во вращательное движение. При этом запасённая в нитях потенциальная энергия упругой деформации преобразуется в кинетическую энергию вращения пробки.