Номер 1, страница 106 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 33. Вес. Невесомость. Глава 3. Силы в механике - номер 1, страница 106.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Утверждение, представленное в тексте, является верным и служит хорошей иллюстрацией физического понятия невесомости. Разберёмся, почему это так, рассмотрев основные понятия.

Для начала важно различать понятия массы и веса.

• Масса ($m$) — это мера инертности тела, то есть его способности сопротивляться изменению скорости. Масса является скалярной величиной и не меняется в зависимости от местоположения тела. Она измеряется в килограммах (кг).
• Вес ($P$) — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле (или другому небесному телу) действует на опору или подвес. Вес — это сила, а значит, векторная величина, измеряемая в ньютонах (Н). Когда вы стоите на весах, они измеряют именно силу, с которой вы на них давите, то есть ваш вес (хотя шкала часто проградуирована в единицах массы).

Когда тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, его вес по модулю равен силе тяжести: $P = F_{тяж} = mg$, где $g$ — ускорение свободного падения (на поверхности Земли примерно $9.8 \, \text{м/с}^2$).

Однако, если тело движется с ускорением ($a$), направленным по вертикали, его вес изменяется. Это легко почувствовать в лифте:

• Когда лифт начинает движение вверх (ускорение $a$ направлено вверх), вы давите на пол сильнее, и ваш вес увеличивается: $P = m(g + a)$. Это состояние называется перегрузкой.
• Когда лифт начинает движение вниз (ускорение $a$ направлено вниз), вы давите на пол слабее, и ваш вес уменьшается: $P = m(g - a)$.

Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю ($P = 0$). Из формулы для движения с ускорением вниз $P = m(g - a)$ видно, что это происходит, когда ускорение тела $a$ становится равным ускорению свободного падения $g$. Такое движение, когда на тело действует только сила тяжести, называется свободным падением.

Теперь вернёмся к прыжку. В тот момент, когда вы отрываетесь от земли и до момента приземления, ваше тело находится в свободном полёте. Если пренебречь сопротивлением воздуха (что для короткого прыжка на небольшой скорости вполне допустимо), то единственной силой, действующей на вас, будет сила тяжести. Под действием этой силы ваше тело движется с ускорением свободного падения $g$. Следовательно, в этот короткий промежуток времени ваше ускорение $a$ равно $g$, и ваш вес становится равным нулю: $P = m(g - g) = 0$ Вы действительно на короткое время испытываете состояние невесомости.

Аналогичная ситуация происходит с космонавтами на орбитальной станции. Часто ошибочно полагают, что на орбите нет гравитации. Это не так. На высоте полёта Международной космической станции (около 400 км) ускорение свободного падения составляет примерно $8.7 \, \text{м/с}^2$, что всего на ~11% меньше, чем на поверхности Земли. Невесомость возникает не из-за отсутствия гравитации, а из-за того, что и космическая станция, и все объекты внутри неё (включая космонавтов) находятся в состоянии непрерывного свободного падения на Землю. Они постоянно "промахиваются" мимо неё из-за своей огромной горизонтальной скорости (около 28 000 км/ч). Поскольку и космонавт, и станция падают с одинаковым ускорением, космонавт не давит на пол или стены станции, его вес относительно станции равен нулю.

Таким образом, короткий прыжок на Земле и полёт на орбитальной станции — это явления одной и той же физической природы: движение под действием исключительно силы тяжести, то есть свободное падение.

Ответ: Утверждение полностью корректно с точки зрения физики. Состояние невесомости — это состояние, в котором вес тела (сила воздействия на опору или подвес) равен нулю. Это происходит, когда тело движется только под действием силы тяжести (т.е. находится в свободном падении), так как его ускорение становится равным ускорению свободного падения ($a=g$). Во время прыжка человек на короткое время оказывается в состоянии свободного падения, и его вес становится нулевым, что физически аналогично состоянию космонавтов на орбите, которые также находятся в непрерывном свободном падении вместе со станцией.