Номер 4, страница 373 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Повторите материал главы 15 по следующему плану. Параграф 113. Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи». Глава 15. Законы постоянного тока - номер 4, страница 373.

Условие.

Решение 3.

Справедливость фундаментальных физических законов устанавливается и подтверждается посредством многочисленных целенаправленных экспериментов и наблюдений. Ниже описаны некоторые ключевые опыты, подтверждающие справедливость основополагающих законов физики.

Законы Ньютона

Законы Ньютона являются фундаментом классической механики. Их справедливость может быть продемонстрирована на ряде наглядных опытов.

Первый закон Ньютона (закон инерции) утверждает, что существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. Опытным подтверждением служит наблюдение за движением шайбы по гладкому льду или на столе для воздушного хоккея. После первоначального толчка шайба движется с почти постоянной скоростью по прямой линии, поскольку силы сопротивления (трения) сведены к минимуму. Это иллюстрирует, что в отсутствие равнодействующей внешней силы тело не меняет свою скорость, то есть движется по инерции.

Второй закон Ньютона устанавливает связь между силой, массой и ускорением. Ускорение, приобретаемое телом в инерциальной системе отсчета, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к нему сил и обратно пропорционально его массе: $ \vec{a} = \frac{\vec{F}}{m} $. Для экспериментальной проверки этого закона можно использовать установку, состоящую из тележки на горизонтальных рельсах, нити и блока с грузом. Сила, действующая на тележку, создается натяжением нити под действием веса груза. Ускорение тележки измеряется (например, с помощью фотодатчиков). Проводя серию опытов, можно установить, что: 1) при постоянной массе тележки её ускорение прямо пропорционально действующей силе (массе груза); 2) при постоянной силе ускорение тележки обратно пропорционально её массе (массе тележки с дополнительными грузами на ней).

Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти тела: $ \vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21} $. Простейшая демонстрация — сцепить крючками два пружинных динамометра и растянуть их. Показания обоих динамометров будут одинаковыми. Более точный эксперимент — наблюдение за столкновением двух тележек, оснащенных датчиками силы. В любой момент взаимодействия датчики показывают силы, равные по величине и противоположные по направлению.

Ответ: Справедливость законов Ньютона подтверждается опытами, демонстрирующими движение по инерции при минимизации трения (первый закон), пропорциональную зависимость ускорения от силы и обратную — от массы на примере движения тележки под действием груза (второй закон), а также равенство и противоположную направленность сил взаимодействия, измеряемых динамометрами или датчиками силы (третий закон).

Закон всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения, сформулированный Исааком Ньютоном, утверждает, что любые два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между их центрами масс: $ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $, где $G$ — гравитационная постоянная.

Основным экспериментом, который не только подтвердил этот закон для тел в лабораторных условиях, но и позволил впервые измерить гравитационную постоянную $G$, является опыт Кавендиша, проведенный в 1798 году. Установка представляет собой крутильные весы: на тонкой упругой нити подвешено лёгкое коромысло с двумя небольшими свинцовыми шарами на концах. Рядом с этими шарами на фиксированном расстоянии размещают два больших свинцовых шара. Силы гравитационного притяжения между парами шаров (большим и малым) вызывают поворот коромысла, закручивая нить подвеса. Зная упругие свойства нити, по углу её закручивания можно определить величину действующей силы притяжения. Измерив массы шаров и расстояние между ними, Кавендиш смог вычислить значение $G$. Этот эксперимент стал блестящим подтверждением универсальности закона тяготения.

Ответ: Справедливость закона всемирного тяготения экспериментально подтверждена в опыте Кавендиша, где с помощью высокочувствительных крутильных весов была напрямую измерена слабая сила гравитационного притяжения между лабораторными телами. Это позволило проверить зависимость силы от масс и расстояния и вычислить гравитационную постоянную $G$.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Этот фундаментальный закон электродинамики гласит, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную замкнутым проводящим контуром, в этом контуре возникает электрический ток, называемый индукционным. Величина индуцируемой электродвижущей силы (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $.

Классические опыты Фарадея являются наглядной демонстрацией этого явления. В одном из таких опытов катушка из медного провода подключается к гальванометру — чувствительному прибору для обнаружения слабого тока. Когда в катушку вдвигают или выдвигают из неё постоянный магнит, стрелка гальванометра отклоняется, указывая на возникновение индукционного тока. При этом наблюдается, что ток возникает только во время движения магнита (т.е. при изменении магнитного потока), его величина пропорциональна скорости движения магнита, а направление зависит от направления движения и от того, какой полюс магнита приближается к катушке или удаляется от неё. Эти наблюдения полностью согласуются с формулировкой закона электромагнитной индукции.

Ответ: Справедливость закона электромагнитной индукции подтверждается опытами Фарадея, в которых регистрируется возникновение электрического тока в замкнутом контуре (катушке) при изменении пронизывающего его магнитного потока (например, при движении магнита относительно катушки). Эти опыты показывают, что ЭДС индукции зависит от скорости изменения магнитного потока.