Номер 23, страница 492 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Движение твёрдых и деформируемых тел. Глава 9. Механика деформируемых тел. Параграф 9.15. Примеры решения задач. Упражнение 16 - номер 23, страница 492.

Условие.

23. Колба движется в горизонтальном направлении с постоянным ускорением. В колбе стоит зажжённая свеча. В каком направлении отклонится пламя свечи?

Решение.

Решение

Поведение пламени свечи определяется действием выталкивающей силы (силы Архимеда) на горячий, менее плотный газ, из которого состоит пламя. Эта сила всегда направлена против вектора эффективной силы тяжести.

В неподвижной колбе на воздух действует только сила тяжести, направленная вертикально вниз. Горячий газ в пламени имеет меньшую плотность по сравнению с окружающим холодным воздухом. Поэтому на него действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, и пламя горит вверх.

Когда колба движется с горизонтальным ускорением $ \vec{a} $, на воздух внутри нее в неинерциальной системе отсчета, связанной с колбой, действует не только сила тяжести, но и сила инерции, направленная в сторону, противоположную ускорению. Таким образом, равнодействующая этих сил (эффективная сила тяжести) будет направлена под углом вниз и в сторону, противоположную ускорению.

Выталкивающая сила, действующая на пламя, будет направлена в сторону, противоположную этой эффективной силе тяжести. Следовательно, пламя отклонится вверх и в сторону, совпадающую с направлением ускорения колбы.

Можно объяснить это явление и по-другому. Более плотный холодный воздух обладает большей инертностью, чем менее плотный горячий газ пламени. При ускорении колбы более инертный холодный воздух будет "отставать", смещаясь к стенке, противоположной направлению ускорения. Это приведет к увеличению давления в задней части колбы. В результате этого перепада давлений легкий газ пламени будет вытесняться в область пониженного давления, то есть вперед по направлению движения.

Ответ: Пламя свечи отклонится в направлении ускорения.