Номер 3, страница 106 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 33. Вес. Невесомость. Глава 3. Силы в механике - номер 3, страница 106.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сначала определить, что такое состояние невесомости. Невесомость — это состояние, при котором вес тела, то есть сила, с которой оно давит на опору или растягивает подвес, равен нулю. Это происходит, когда тело движется только под действием силы тяжести, и его ускорение равно ускорению свободного падения ($a=g$). Такое движение называется свободным падением.

Рассмотрим силы, действующие на парашютиста во время прыжка в атмосфере Земли. На него действуют две основные силы:

1. Сила тяжести ($F_{тяж} = mg$), которая всегда направлена вертикально вниз.

2. Сила сопротивления воздуха ($F_{сопр}$), которая направлена вертикально вверх, то есть против направления движения. Величина этой силы зависит от скорости падения, формы и площади тела.

Согласно второму закону Ньютона, уравнение движения парашютиста в проекции на вертикальную ось, направленную вниз, имеет вид:

$ma = F_{тяж} - F_{сопр}$

$ma = mg - F_{сопр}$

Отсюда можно выразить ускорение парашютиста:

$a = \frac{mg - F_{сопр}}{m} = g - \frac{F_{сопр}}{m}$

Состояние невесомости ($a=g$) наступило бы только в том случае, если бы сила сопротивления воздуха $F_{сопр}$ была равна нулю.

Сила сопротивления воздуха равна нулю только при нулевой скорости. Поэтому состояние, очень близкое к невесомости, парашютист испытывает лишь в самый первый момент прыжка, когда его вертикальная скорость еще пренебрежимо мала.

Однако как только парашютист начинает падать, его скорость увеличивается, и вместе с ней возрастает сила сопротивления воздуха ($F_{сопр} > 0$). Это приводит к тому, что его ускорение $a$ становится меньше $g$. Следовательно, парашютист уже не находится в состоянии невесомости. Его вес $P$ в этом случае равен:

$P = m(g-a) = m(g - (g - \frac{F_{сопр}}{m})) = F_{сопр}$

Поскольку сила сопротивления воздуха не равна нулю, то и вес парашютиста не равен нулю.

В процессе падения наступает момент, когда скорость становится настолько большой, что сила сопротивления воздуха уравновешивает силу тяжести ($F_{сопр} = mg$). В этот момент ускорение становится равным нулю ($a=0$), и парашютист движется с постоянной скоростью. Его вес при этом будет равен $P = m(g-0) = mg$, то есть своему обычному весу.

Ответ:

Нет, во время прыжка в атмосфере парашютист не находится в состоянии невесомости. На него действует не только сила тяжести, но и значительная сила сопротивления воздуха, из-за которой его ускорение почти всегда меньше ускорения свободного падения. Состояние, близкое к невесомости, длится лишь краткое мгновение в самом начале прыжка, пока скорость падения мала.