Номер 3, страница 116, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

3. Герой книги Э.Распэбарон Мюнхгаузен рассказывает: "Схватив себя за косичку, я изо всех сил дернул вверх и без большого труда вытащил из болота и себя и своего коня, которого крепко сжал обеими ногами, как щипцами". Объясните, почему это невозможно.

3. Этот знаменитый "подвиг" барона Мюнхгаузена противоречит фундаментальным законам физики, в частности, третьему закону Ньютона. Объяснение заключается в разграничении внутренних и внешних сил, действующих на систему.

Решение

Рассмотрим в качестве физической системы объект «барон Мюнхгаузен + его конь». Чтобы поднять эту систему и вытащить ее из болота, необходимо приложить к ней внешнюю силу, направленную вверх. Эта сила должна быть больше, чем суммарная сила тяжести, действующая на барона и коня, а также сила засасывания, создаваемая болотом.

Когда барон хватает себя за волосы и тянет вверх, он прикладывает к своей голове силу, направленную вверх (назовем ее $F_{рука \rightarrow голова}$). Однако, согласно третьему закону Ньютона, на каждое действие существует равное по модулю и противоположное по направлению противодействие. В данном случае это означает, что волосы (и вся система «голова-тело») тянут его руку вниз с точно такой же силой ($F_{голова \rightarrow рука}$). Математически это можно записать как:

$F_{рука \rightarrow голова} = -F_{голова \rightarrow рука}$

Обе эти силы являются внутренними по отношению к системе «барон-конь». Рука барона действует на его же голову. Внутренние силы могут вызывать деформацию или изменение взаимного расположения частей системы (например, барон может почувствовать боль или даже вырвать волосы), но они не могут изменить движение центра масс всей системы. Сумма всех внутренних сил в любой замкнутой системе всегда равна нулю.

Чтобы центр масс системы начал двигаться вверх (то есть чтобы барон начал подниматься из болота), необходима внешняя сила. Например, если бы кто-то с берега бросил барону веревку и потянул за нее. Сила натяжения веревки была бы внешней для системы «барон-конь» и могла бы вытащить его.

Попытка Мюнхгаузена аналогична попытке поднять самого себя, стоя в корзине и таща за ручки этой корзины. Или попытке сдвинуть автомобиль, сидя внутри и упираясь руками в лобовое стекло. Во всех этих случаях приложенные силы являются внутренними и взаимно компенсируются внутри системы.

Ответ: Это невозможно, так как сила, с которой барон тянет себя за волосы, является внутренней для системы «барон-конь». Согласно третьему закону Ньютона, эта сила уравновешивается равной по величине, но противоположно направленной силой, действующей со стороны головы на руку. Внутренние силы не могут изменить положение или скорость движения центра масс всей системы, для этого необходимо воздействие внешней силы.