Номер 1, страница 106, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Почему артисты цирка при хождении по канату держат в руках тяжелые шесты?

1. Почему артисты цирка при хождении по канату держат в руках тяжелые шесты?

Артисты цирка, или канатоходцы, используют длинные тяжелые шесты для увеличения своей устойчивости на канате. Это достигается за счет двух основных физических принципов.

Во-первых, и это главный фактор, шест значительно увеличивает момент инерции системы «канатоходец + шест» относительно оси вращения, которая проходит вдоль каната. Момент инерции $\text{I}$ — это мера сопротивления тела вращательному движению. Согласно второму закону Ньютона для вращательного движения, угловое ускорение $ \alpha $ обратно пропорционально моменту инерции при заданном вращающем моменте $ \tau $: $ \alpha = \tau / I $. Когда канатоходец начинает терять равновесие, возникает небольшой вращающий момент (из-за смещения центра масс). Благодаря большому моменту инерции, создаваемому длинным и тяжелым шестом, угловое ускорение (то есть скорость наклона) становится очень маленьким. Это дает артисту дополнительное время для того, чтобы скорректировать свое положение и восстановить равновесие.

Во-вторых, шест позволяет понизить общий центр масс системы. Удерживая шест, особенно если его концы опущены ниже уровня каната, канатоходец смещает свой общий центр масс вниз. Чем ниже расположен центр масс, тем устойчивее система. Для того чтобы тело вышло из состояния равновесия, его центр масс должен подняться на определенную высоту. При низком положении центра масс для его подъема требуется большее усилие, что и делает систему более стабильной.

Таким образом, шест делает канатоходца более инертным к вращению и более устойчивым, что позволяет ему с большей уверенностью передвигаться по тонкому канату.

Ответ: Тяжелый шест увеличивает момент инерции системы «артист-шест», что замедляет наклон при потере равновесия и дает время на коррекцию положения тела. Также он помогает понизить общий центр масс, что дополнительно увеличивает устойчивость.