Номер 1, страница 301 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Законы сохранения в механике. Глава 5. Закон сохранения импульса. Параграф 5.4. Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Реактивная сила - номер 1, страница 301.

Условие.

? 1. Реактивное движение совершает кальмар (рис. 5.6). Как это ему удаётся?

Решение.

1. Решение

Реактивное движение кальмара основано на законе сохранения импульса, который является следствием третьего закона Ньютона. Этот же принцип используется в двигателях ракет.

Процесс движения кальмара происходит следующим образом. Во-первых, кальмар всасывает окружающую воду в специальную полость своего тела — мантийную полость, при этом расслабляя мышцы. Во-вторых, он резко сокращает мышцы мантии, создавая высокое давление внутри полости. В-третьих, под этим давлением вода с большой силой и скоростью выбрасывается наружу через узкий воронкообразный орган — сифон.

В соответствии с третьим законом Ньютона, сила, с которой кальмар выталкивает воду (действие), вызывает появление равной по модулю и противоположной по направлению силы (противодействие), которая действует на тело кальмара и толкает его в сторону, противоположную направлению струи воды.

Этот процесс можно описать с помощью закона сохранения импульса. Допустим, система «кальмар + вода внутри него» изначально покоится, ее суммарный импульс равен нулю. Когда кальмар выбрасывает массу воды $m$ со скоростью $\vec{v}$, он сам (имея массу $M$) приобретает скорость $\vec{V}$. Закон сохранения импульса для этой замкнутой системы выглядит так:

$M \cdot \vec{V} + m \cdot \vec{v} = 0$

Отсюда скорость кальмара равна $\vec{V} = -\frac{m}{M}\vec{v}$. Отрицательный знак указывает на то, что вектор скорости кальмара $\vec{V}$ направлен в сторону, противоположную вектору скорости выброшенной воды $\vec{v}$.

Поворачивая свой сифон, кальмар может изменять направление выбрасываемой струи и, соответственно, маневрировать, меняя направление своего движения.

Ответ: Кальмар совершает реактивное движение, всасывая воду в мантийную полость и затем с силой выталкивая ее через сифон. В соответствии с законом сохранения импульса (или третьим законом Ньютона), струя воды, выброшенная в одном направлении, создает реактивную силу, толкающую кальмара в противоположном направлении.