Номер 117, страница 22 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

7. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Масса тел. Сила. Равнодействующая нескольких сил. Глава II. Основы динамики. Механика - номер 117, страница 22.

Условие.

117. Система отсчёта жёстко связана с лифтом. В каких из приведённых ниже случаев систему отсчёта можно считать инерциальной? Лифт:

а) свободно падает;

б) движется равномерно вверх;

в) движется ускоренно вверх;

г) движется замедленно вверх;

д) движется равномерно вниз.

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Инерциальной системой отсчёта (ИСО) называется система отсчёта, в которой справедлив первый закон Ньютона: тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Любая система отсчёта, которая движется относительно ИСО прямолинейно и равномерно (то есть с постоянной скоростью, $ \vec{v} = \text{const} $), также является инерциальной. Это означает, что ускорение такой системы отсчёта относительно ИСО должно быть равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). С достаточной степенью точности систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной.

Таким образом, чтобы система отсчёта, связанная с лифтом, была инерциальной, лифт должен двигаться относительно Земли без ускорения (то есть покоиться или двигаться равномерно и прямолинейно).

Проанализируем все предложенные варианты движения лифта:

а) свободно падает

В режиме свободного падения лифт движется с ускорением свободного падения $ \vec{g} $, направленным вертикально вниз. Поскольку ускорение лифта не равно нулю ($ \vec{a} = \vec{g} \neq 0 $), связанная с ним система отсчёта является неинерциальной.

Ответ: систему отсчёта нельзя считать инерциальной.

б) движется равномерно вверх

Равномерное движение означает, что скорость лифта постоянна ($ \vec{v} = \text{const} $). Следовательно, его ускорение равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). В этом случае система отсчёта, связанная с лифтом, является инерциальной.

Ответ: систему отсчёта можно считать инерциальной.

в) движется ускоренно вверх

В этом случае лифт движется с ненулевым ускорением ($ \vec{a} \neq 0 $), направленным вверх. Система отсчёта, связанная с ним, является неинерциальной.

Ответ: систему отсчёта нельзя считать инерциальной.

г) движется замедленно вверх

При замедленном движении вверх скорость направлена вверх, а ускорение — в противоположную сторону, то есть вниз. Так как ускорение не равно нулю ($ \vec{a} \neq 0 $), система отсчёта является неинерциальной.

Ответ: систему отсчёта нельзя считать инерциальной.

д) движется равномерно вниз

Как и в случае б), равномерное движение означает постоянство скорости ($ \vec{v} = \text{const} $) и, соответственно, нулевое ускорение ($ \vec{a} = 0 $). Система отсчёта, связанная с лифтом, является инерциальной.

Ответ: систему отсчёта можно считать инерциальной.