Номер 2, страница 77 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 22. Принцип суперпозиции сил. Глава 2. Законы механики Ньютона - номер 2, страница 77.

Условие.

Решение.

Решение 3.

В физике существует фундаментальный принцип, который называется принципом независимости действия сил (или принципом суперпозиции). Он гласит, что если на тело одновременно действует несколько сил, то каждая из этих сил сообщает телу такое ускорение, как будто других сил нет. Результирующее ускорение тела будет равно векторной сумме ускорений, сообщаемых каждой из сил в отдельности.

Чтобы доказать это на опыте, не нужны сложные приборы. Достаточно провести простой эксперимент, который наглядно продемонстрирует этот принцип.

Решение

Идея опыта

Мы хотим показать, что действие силы тяжести, направленной вертикально вниз, не зависит от наличия или отсутствия других сил, действующих в горизонтальном направлении. Для этого мы сравним падение двух одинаковых тел: одно будет падать строго вертикально, а другое одновременно начнет движение в горизонтальном направлении.

Что понадобится

• Два одинаковых небольших предмета (например, две монетки, два ластика или два маленьких шарика).
• Ровная горизонтальная поверхность, например, край стола или парты.

Как провести опыт

1. Поместите один предмет (назовем его Тело 1) на самый край стола.
2. Второй предмет (Тело 2) возьмите в руку и расположите его на одной высоте с первым, но немного сбоку, чтобы они не столкнулись.
3. Теперь самое главное — выполнить два действия одновременно:
   • Щелчком или легким толчком придайте Телу 1 начальную скорость в горизонтальном направлении, чтобы оно полетело вперед, параллельно полу.
   • В тот же самый момент отпустите Тело 2, чтобы оно начало свободно падать вертикально вниз.
4. Внимательно прислушайтесь к звуку удара предметов о пол.

Что мы увидим (наблюдение)

Несмотря на то, что Тело 1 пролетело по кривой траектории (параболе) некоторое расстояние вперед, а Тело 2 падало строго вертикально, мы услышим, что они ударились о пол одновременно. Звук их падения будет один, сдвоенный. Это значит, что время их полета до пола было одинаковым.

Почему так происходит (объяснение)

Этот результат является прямым доказательством принципа независимости действия сил. Давайте разберем движение каждого тела, разложив его на вертикальную и горизонтальную составляющие.

• Вертикальное движение. На оба тела действует одна и та же сила — сила тяжести $F_g = mg$, направленная вертикально вниз. Именно эта сила заставляет тела падать. Поскольку высота падения $h$ и начальная вертикальная скорость (равная нулю) у обоих тел одинаковы, то и время падения $t$ для них будет одинаковым. Оно определяется формулой $h = \frac{gt^2}{2}$, из которой $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$. Как видно, в этой формуле нет ничего, что касалось бы горизонтального движения.
• Горизонтальное движение. Здесь движения тел различаются. Тело 2 не двигалось по горизонтали. Телу 1 мы сообщили начальную горизонтальную скорость $v_x$. Если пренебречь сопротивлением воздуха, в горизонтальном направлении на него не действуют силы, поэтому оно летит вперед с постоянной скоростью.

Тот факт, что оба тела упали за одно и то же время, доказывает, что сила тяжести действовала на них абсолютно одинаково, несмотря на то, что на Тело 1 в начальный момент подействовала еще и горизонтальная сила (толчок). Действие силы тяжести не зависит от действия силы толчка.

Ответ: Проведенный опыт, в котором одновременно брошенное вертикально вниз и толкнутое горизонтально с той же высоты тела приземляются одновременно, доказывает, что действие силы тяжести (вертикальное движение) не зависит от действия горизонтальной силы. Каждая сила действует независимо, подтверждая принцип суперпозиции сил.