Номер 3, страница 245 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 3.11. Невесомость и перегрузки. Глава 3. Силы в механике. Динамика - номер 3, страница 245.

Условие.

3. Находились ли вы когда-нибудь в состояниях невесомости и перегрузки? Аргументируйте на конкретных примерах.

Решение.

Да, практически каждый человек в своей жизни неоднократно испытывал состояния невесомости и перегрузки, часто даже не осознавая этого. Эти физические явления связаны с движением тела с ускорением и напрямую влияют на его вес.

Вес тела — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Когда тело покоится или движется равномерно, его вес $P$ равен силе тяжести $F_т = mg$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения. Однако, если тело движется с ускорением $a$, направленным по вертикали, его вес изменяется и рассчитывается по формуле $P = m(g \pm a)$.

Перегрузка

Перегрузка — это состояние, при котором вес тела превышает "обычный" вес в состоянии покоя, то есть $P > mg$. Это происходит, когда тело движется с ускорением, направленным вверх (противоположно ускорению свободного падения).

Конкретные примеры:

1. Поездка в лифте. В самом начале движения лифта вверх, когда он набирает скорость, мы чувствуем, что нас сильнее обычного вжимает в пол. В этот момент ускорение $a$ направлено вверх, и наш вес увеличивается, становясь равным $P = m(g + a)$. Это и есть перегрузка.

2. Движение на транспорте. При проезде на автомобиле по вогнутому участку дороги (например, в нижней точке моста-балки) на тело действует центростремительное ускорение, которое также направлено вверх. В результате вес увеличивается: $P = m(g + \frac{v^2}{R})$, где $v$ — скорость, а $R$ — радиус кривизны. Мы ощущаем, как нас сильнее вдавливает в сиденье.

3. Развлечения на аттракционах. Наиболее ярко перегрузки ощущаются на аттракционах, например, на "американских горках". В нижних точках траектории, при выходе из крутого спуска, человек испытывает значительные перегрузки, так как к силе тяжести добавляется большая по величине сила, обусловленная центростремительным ускорением.

Ответ: Да, я испытывал состояние перегрузки, например, при старте лифта вверх, при быстром проезде на автомобиле по низинам дороги и на аттракционах.

Невесомость

Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю ($P = 0$). Оно наступает, когда на тело не действует никакая сила, кроме силы тяжести (т.е. тело находится в свободном падении). В этом случае ускорение тела $a$ равно ускорению свободного падения $g$ и направлено в ту же сторону. Тогда вес $P = m(g - a) = m(g - g) = 0$. Также можно испытать состояние частичной невесомости (уменьшение веса), когда ускорение направлено вниз, но его величина меньше $g$.

Конкретные примеры:

1. Поездка в лифте. Когда лифт начинает движение вниз, он ускоряется в направлении силы тяжести. В этот момент мы ощущаем кратковременную легкость, наш вес уменьшается и становится равным $P = m(g - a)$.

2. Прыжок. В любой момент прыжка, когда мы уже оторвались от земли и находимся в полете (пренебрегая сопротивлением воздуха), наше тело находится в состоянии невесомости, так как оно движется только под действием силы тяжести.

3. Качели. В верхней точке траектории, когда качели на мгновение останавливаются и начинают движение вниз, возникает ощущение, очень близкое к невесомости.

4. "Горки" на дороге и аттракционах. При проезде вершины холма на автомобиле или на "американских горках" мы чувствуем, что нас "подбрасывает" и отрывает от сиденья. Это происходит потому, что наш вес $P = m(g - \frac{v^2}{R})$ значительно уменьшается. При достаточной скорости можно достичь полной невесомости.

Ответ: Да, я испытывал состояние, близкое к невесомости, например, в начале движения лифта вниз, в прыжке, на качелях или при переезде через вершину холма на транспорте.