Номер 5, страница 126 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 38. Импульс материальной точки. Закон сохранения импульса. Глава 4. Законы сохранения в механике - номер 5, страница 126.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Почему шарик, как правило, движется по кривой?

Движение воздушного шарика, из которого выходит воздух, основано на принципе реактивного движения, который является следствием третьего закона Ньютона. Воздух, вырываясь из шарика в одном направлении, толкает сам шарик в противоположном. Эта сила называется реактивной силой тяги.

Траектория движения шарика является криволинейной по нескольким причинам:

1. Нестабильность направления тяги: Отверстие шарика (горловина) сделано из эластичного материала. При выходе воздуха под давлением оно вибрирует, сжимается и изменяет свою форму и ориентацию. Это приводит к тому, что струя выходящего воздуха постоянно меняет свое направление. Соответственно, вектор реактивной силы тяги, направленный в противоположную сторону, также постоянно изменяется.

2. Изменение формы и центра масс: По мере сдувания шарик меняет свою форму. Это приводит к смещению его центра масс. Непостоянство точки приложения силы и смещение центра масс вызывают вращение и колебания шарика в полете.

3. Аэродинамические силы: На движущийся шарик действует сила сопротивления воздуха. Так как форма шарика несимметрична и постоянно меняется, эта сила также вносит свой вклад в его беспорядочное рыскание и вращение.

Согласно второму закону Ньютона ($ \vec{F}_{равн} = m\vec{a} $), ускорение тела сонаправлено с равнодействующей всех приложенных к нему сил. Поскольку равнодействующая сила (сумма реактивной силы и силы сопротивления воздуха) постоянно меняет свое направление, вектор ускорения шарика также меняется. Движение с переменным по направлению вектором скорости является криволинейным.

Ответ: Шарик движется по кривой, потому что направление реактивной силы тяги постоянно изменяется из-за вибрации и деформации эластичного отверстия, а также из-за изменения формы самого шарика и действия сил сопротивления воздуха. Это приводит к непрерывному изменению направления вектора скорости шарика.

Как изменяется скорость шарика?

Скорость воздушного шарика в процессе его движения изменяется неравномерно.

В начальный момент, когда шарик отпускают, его скорость равна нулю. Под действием реактивной силы тяги шарик начинает ускоряться, и его скорость возрастает. Сила тяги максимальна вначале, так как давление воздуха внутри шарика наибольшее.

По мере выхода воздуха давление внутри шарика падает, что приводит к уменьшению реактивной силы тяги. Одновременно с этим, по мере увеличения скорости шарика, возрастает сила сопротивления воздуха, которая направлена против движения. В какой-то момент скорость шарика достигает своего максимального значения. Это происходит, когда сила тяги становится сравнима с силой сопротивления воздуха.

Далее, поскольку сила тяги продолжает уменьшаться, шарик начинает замедляться. Его скорость падает.

Когда весь воздух выйдет из шарика, реактивная сила тяги станет равной нулю. Шарик будет двигаться только под действием силы тяжести и силы сопротивления воздуха, быстро теряя скорость и в итоге упадет.

Таким образом, скорость шарика сначала увеличивается от нуля до некоторого максимального значения, а затем уменьшается.

Ответ: Скорость шарика сначала возрастает, достигает максимального значения, а затем уменьшается по мере того, как воздух выходит и реактивная сила ослабевает.