Номер 154, страница 26 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

154. Почему лодка не сдвигается с места, когда человек, находящийся в ней, давит на борт, и приходит в движение, если человек выйдет из лодки и будет толкать её с такой же силой?

Данное явление объясняется с помощью законов Ньютона, а именно различием между внутренними и внешними силами, действующими на систему тел.

1. Человек находится в лодке.
В этом случае человек и лодка образуют единую замкнутую механическую систему «человек + лодка». Когда человек давит на борт, он прикладывает к лодке силу $ \vec{F}_{1} $. Согласно третьему закону Ньютона, лодка одновременно действует на человека с силой $ \vec{F}_{2} $, которая равна по модулю и противоположна по направлению силе $ \vec{F}_{1} $, то есть $ \vec{F}_{1} = -\vec{F}_{2} $. Обе эти силы являются внутренними для системы «человек + лодка». Внутренние силы могут вызывать только деформацию тел или их перемещение друг относительно друга, но они не могут изменить положение центра масс всей системы. Векторная сумма внутренних сил всегда равна нулю ($ \vec{F}_{1} + \vec{F}_{2} = 0 $), и поэтому они не могут сообщить ускорение системе как единому целому. Чтобы система пришла в движение, на нее должна подействовать внешняя сила (например, ветер, течение или толчок от пирса).

2. Человек находится вне лодки.
Когда человек выходит из лодки и толкает ее, стоя на берегу или на дне, он перестает быть частью системы «лодка». Теперь сила, с которой человек толкает лодку, является для нее внешней силой. Согласно второму закону Ньютона, любая нескомпенсированная внешняя сила сообщает телу ускорение. Сила, приложенная человеком, вызывает движение лодки. Сила реакции, с которой лодка толкает человека, приложена к человеку и уравновешивается силой его взаимодействия с опорой (землей, дном), что позволяет ему оставаться на месте и эффективно толкать лодку.

Ответ: Лодка не сдвигается с места, когда человек находится внутри, потому что сила его давления на борт является внутренней для системы «человек-лодка» и компенсируется равной по модулю и противоположной по направлению силой реакции лодки на человека. Лодка приходит в движение, когда человек толкает ее снаружи, так как в этом случае его сила является внешней для лодки и, будучи нескомпенсированной, сообщает ей ускорение.