Номер 4, страница 249 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Повторите материал главы 11 по следующему плану. Параграф 74. Примеры решения задач по теме «Насыщенный пар. Влажность воздуха». Глава 11. Взаимные превращения жидкостей и газов - номер 4, страница 249.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Ниже описаны классические опыты, подтверждающие фундаментальные законы механики, которые являются основными закономерностями движения и взаимодействия тел.

Опыт, подтверждающий первый закон Ньютона (закон инерции)

Первый закон Ньютона гласит, что существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. Свойство тела сохранять свою скорость называется инертностью.

Для демонстрации этого закона можно использовать воздушную дорожку (трек с воздушной подушкой), которая позволяет минимизировать трение.

Ход опыта:

1. На горизонтально установленную воздушную дорожку помещается каретка (глайдер).

2. Если каретку не трогать, она будет находиться в состоянии покоя. Сила тяжести, действующая на нее, уравновешена силой реакции опоры (воздушной подушки).

3. Если придать каретке небольшой толчок, она начнет двигаться. Благодаря отсутствию трения каретка будет двигаться по дорожке с практически постоянной скоростью. Это доказывает, что для поддержания движения не требуется сила, и тело стремится сохранить свою скорость при отсутствии внешних сил.

Более простой, но менее точный опыт — это резкое выдергивание скатерти из-под посуды. Если сделать это достаточно быстро, посуда, благодаря своей инерции, останется на месте.

Ответ: Опыт с кареткой на воздушной дорожке показывает, что при отсутствии равнодействующей внешних сил тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Опыт, подтверждающий второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона устанавливает связь между силой, действующей на тело, его массой и ускорением. В инерциальной системе отсчета ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к телу сил и обратно пропорционально его массе: $ \vec{a} = \frac{\vec{F}}{m} $.

Ход опыта:

Для проверки используется установка, состоящая из тележки на горизонтальной поверхности (или на воздушной дорожке), нити, перекинутой через блок, и набора грузов. Силу тяги $ F $ создает вес подвешенных грузов, а ускорение $ a $ измеряется с помощью датчиков движения (например, фотоворот).

1. Зависимость ускорения от силы ($ a \propto F $ при $ m = \text{const} $): Массу тележки $ m $ оставляют постоянной. Поочередно подвешивают к нити грузы разной массы, создавая разную силу тяги $ F $. Для каждого значения силы измеряют ускорение $ a $. Построив график зависимости $ a(F) $, получают прямую линию, проходящую через начало координат, что подтверждает прямую пропорциональность.

2. Зависимость ускорения от массы ($ a \propto 1/m $ при $ F = \text{const} $): Силу тяги $ F $ (массу подвешенного груза) оставляют постоянной. Изменяют массу системы, добавляя на тележку дополнительные грузы. Для каждого значения общей массы $ m $ измеряют ускорение $ a $. Построив график зависимости $ a(1/m) $, получают прямую линию, что подтверждает обратную пропорциональность.

Ответ: Опыты показывают, что ускорение тела прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе тела, что является экспериментальным подтверждением второго закона Ньютона.

Опыт, подтверждающий третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона гласит, что тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению: $ \vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21} $.

Ход опыта:

1. Опыт с динамометрами: Два пружинных динамометра сцепляют крючками и растягивают в противоположные стороны. В любой момент времени оба динамометра показывают одинаковые по модулю значения силы. Это демонстрирует, что сила, с которой первый динамометр действует на второй, равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой второй действует на первый.

2. Опыт со взаимодействующими тележками: На две тележки, способные легко перемещаться, устанавливают датчики силы. Тележки приводят во взаимодействие (например, сталкивают их или отталкивают друг от друга с помощью сжатой пружины). Датчики силы, подключенные к компьютеру, регистрируют силы взаимодействия в реальном времени. Графики сил, полученные с обоих датчиков, являются зеркальным отражением друг друга, что доказывает, что в каждый момент времени силы взаимодействия равны по модулю и противоположны по направлению.

Ответ: Опыты с динамометрами или взаимодействующими тележками с датчиками силы подтверждают, что силы взаимодействия двух тел всегда равны по модулю и направлены в противоположные стороны.

Опыт, подтверждающий закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной. Замкнутой называется система, на которую не действуют внешние силы или их действие скомпенсировано.

Ход опыта:

Используются две тележки на воздушной дорожке для минимизации внешних сил.

1. Неупругое столкновение: Тележка массой $ m_1 $, движущаяся со скоростью $ v_1 $, сталкивается с неподвижной тележкой массой $ m_2 $ ($ v_2 = 0 $). После столкновения тележки сцепляются (например, с помощью пластилина или специального механизма) и движутся вместе со скоростью $ v_f $.

Измерив массы тележек и их скорости до и после столкновения (с помощью датчиков движения), можно проверить равенство.

Импульс системы до столкновения: $ p_{до} = m_1 v_1 + m_2 \cdot 0 = m_1 v_1 $.

Импульс системы после столкновения: $ p_{после} = (m_1 + m_2) v_f $.

Эксперимент показывает, что с высокой точностью $ p_{до} = p_{после} $.

Ответ: Опыт со столкновением тележек на воздушной дорожке демонстрирует, что суммарный импульс замкнутой системы тел до взаимодействия равен суммарному импульсу после взаимодействия.