Номер 2, страница 182 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 2.7. Третий закон Ньютона. Глава 2. Законы механики Ньютона. Динамика - номер 2, страница 182.

Условие.

2. Почему важно при изучении различных взаимодействий тел учитывать точки приложения сил?

Решение.

Учитывать точки приложения сил при изучении взаимодействий тел важно, потому что результат действия силы на тело зависит не только от ее модуля (величины) и направления, но и от точки, к которой она приложена. Это положение является фундаментальным при рассмотрении движения и равновесия протяженных тел, то есть тел, которые нельзя считать материальными точками.

Когда тело рассматривается как материальная точка, все силы считаются приложенными к этой точке, и их действие сводится к изменению поступательного движения (ускорению центра масс). Однако реальные твердые тела могут не только двигаться поступательно, но и вращаться вокруг некоторой оси. Способность силы вызывать вращение тела характеризуется моментом силы (вращающим моментом). Момент силы $M$ относительно оси вращения зависит от двух факторов: самой силы $F$ и кратчайшего расстояния от оси вращения до линии действия силы, называемого плечом силы $d$. Он вычисляется по формуле:

$M = F \cdot d$

Плечо силы напрямую зависит от точки приложения силы. Если приложить одну и ту же силу к разным точкам тела, линия действия силы изменится, изменится и плечо, а значит, и создаваемый момент силы. Если линия действия силы проходит через ось вращения ($d=0$), то момент силы равен нулю, и сила не вызовет вращения, а будет только толкать или тянуть тело.

Классическим примером является открывание двери. Дверь вращается на петлях (ось вращения). Чтобы ее открыть, мы толкаем ручку, расположенную как можно дальше от петель. Прикладывая ту же силу у самых петель, мы создадим очень маленький момент силы, и открыть дверь будет крайне сложно или невозможно. Другой пример — рычаг, где, меняя точки приложения сил, можно уравновесить неравные силы, основываясь на правиле моментов: $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$.

Таким образом, точка приложения силы является ключевой характеристикой, определяющей, будет ли тело вращаться под действием этой силы. Без ее учета невозможно корректно описать динамику вращательного движения твердого тела или определить условия его равновесия.

Ответ: Учитывать точки приложения сил необходимо потому, что от них зависит вращающее действие силы на тело, которое характеризуется моментом силы. Для протяженных тел точка приложения определяет, будет ли тело двигаться только поступательно или также и вращаться, что является ключевым для полного описания движения и условий равновесия тела.