Номер 2, страница 116, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Бросьте камень вперед, стоя на земле и стоя на скейтборде. Сделайте вывод о результатах эксперимента.

2. Решение

Этот эксперимент демонстрирует действие третьего закона Ньютона и закона сохранения импульса в различных условиях.

Случай 1: Бросок камня, стоя на земле.

Когда человек бросает камень вперед, он прилагает к нему силу. Согласно третьему закону Ньютона, камень действует на человека с силой, равной по величине и противоположной по направлению (сила отдачи). Однако человек не сдвинется с места. Причина в том, что между подошвами его обуви и поверхностью земли существует значительная сила трения покоя. Эта сила трения направлена в сторону, противоположную силе отдачи, и полностью ее компенсирует. Таким образом, равнодействующая горизонтальных сил, действующих на человека, равна нулю, и он остается в покое.

Случай 2: Бросок камня, стоя на скейтборде.

Когда человек стоит на скейтборде, сила трения между колесами и землей (трение качения) очень мала. В этом случае систему "человек + скейтборд + камень" можно считать практически замкнутой в горизонтальном направлении. До броска все части системы покоятся, и ее суммарный импульс равен нулю.

В момент броска человек сообщает камню массой $m_{к}$ скорость $\vec{v}_{к}$ и, следовательно, импульс $\vec{p}_{к} = m_{к}\vec{v}_{к}$. Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс системы должен остаться равным нулю. Для этого система "человек + скейтборд" общей массой $\text{M}$ должна приобрести импульс $\vec{p}_{ч+с}$, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу камня:

$\vec{p}_{ч+с} + \vec{p}_{к} = 0$

$\vec{p}_{ч+с} = -\vec{p}_{к}$

$M\vec{V} = -m_{к}\vec{v}_{к}$

где $\vec{V}$ — скорость человека со скейтбордом после броска. В результате человек на скейтборде откатится назад со скоростью, определяемой из этого соотношения. Это явление — пример реактивного движения.

Вывод:

Эксперимент показывает, что результат взаимодействия зависит от внешних сил. На земле сила отдачи гасится большой силой трения. На скейтборде, где внешняя сила трения мала, проявляется закон сохранения импульса: тело, от которого отделяется часть, движущаяся в одну сторону, само начинает двигаться в противоположную сторону.

Ответ: При броске камня, стоя на земле, человек останется на месте из-за большой силы трения покоя, которая компенсирует силу отдачи. При броске камня, стоя на скейтборде, человек вместе со скейтбордом откатится назад в соответствии с законом сохранения импульса. Чтобы суммарный импульс системы остался равным нулю, система "человек-скейтборд" получает импульс, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу брошенного камня.