Номер 119, 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 119, страница 22.

Условие.

119. Как движется поезд, если яблоко, упавшее со столика вагона в системе отсчёта «Вагон»:

а) движется по вертикали;

б) отклоняется при падении вперёд;

в) отклоняется назад;

г) отклоняется в сторону?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Для решения этой задачи воспользуемся первым законом Ньютона (законом инерции) и понятием неинерциальных систем отсчета.

Система отсчета, связанная с вагоном («Вагон»), является инерциальной, если вагон движется прямолинейно и равномерно (или покоится). В этом случае все законы Ньютона выполняются в привычном виде. Если же вагон движется с ускорением (разгоняется, тормозит или поворачивает), система отсчета становится неинерциальной. В таких системах для объяснения движения тел вводятся так называемые силы инерции, которые направлены в сторону, противоположную ускорению системы отсчета.

а) движется по вертикали

Если в системе отсчета «Вагон» яблоко падает строго вертикально, это означает, что на него не действуют никакие горизонтальные силы (в том числе силы инерции). Отсутствие горизонтальных сил инерции говорит о том, что горизонтальное ускорение вагона равно нулю. Это возможно в двух случаях: когда поезд находится в состоянии покоя или когда он движется прямолинейно с постоянной скоростью.

Ответ: Поезд движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя.

б) отклоняется при падении вперёд

Отклонение яблока вперёд (по ходу движения поезда) в системе отсчета «Вагон» означает, что на него действует сила инерции, направленная вперёд. Сила инерции всегда направлена противоположно ускорению системы отсчета. Следовательно, ускорение поезда направлено назад, то есть поезд тормозит (движется равнозамедленно).

Ответ: Поезд тормозит (уменьшает скорость).

в) отклоняется назад

Отклонение яблока назад (против хода движения поезда) в системе отсчета «Вагон» означает, что на него действует сила инерции, направленная назад. Так как сила инерции направлена противоположно ускорению, то ускорение поезда направлено вперёд. Это означает, что поезд разгоняется (движется равноускоренно).

Ответ: Поезд набирает скорость (движется с ускорением вперёд).

г) отклоняется в сторону

Отклонение яблока в сторону от прямой линии движения поезда означает, что на него действует боковая сила инерции. Боковая сила инерции возникает, когда поезд совершает поворот. При повороте возникает центростремительное ускорение, направленное к центру поворота. Сила инерции (центробежная сила) будет направлена в противоположную сторону, то есть от центра поворота. Именно эта сила и отклоняет яблоко в сторону.

Ответ: Поезд совершает поворот.