Номер 193, страница 31 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

193. Тело брошено вертикально вверх. В каком из перечисленных ниже случаев тело находится в состоянии невесомости:

а) только в верхней точке полёта;

б) только при движении вниз;

в) только при движении вверх;

г) всё время полёта?

Решение

Состояние невесомости — это состояние, при котором вес тела равен нулю. Вес тела, $P$, это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Вес может отличаться от силы тяжести, $mg$, если тело или опора движутся с ускорением.

Состояние невесомости наступает, когда на тело действует только сила тяжести. В этом случае тело движется с ускорением свободного падения, $\vec{a} = \vec{g}$. Такое движение называется свободным падением.

Рассмотрим тело, брошенное вертикально вверх. С момента, когда тело покинуло руку бросающего, и до момента его падения на землю (или пока его не поймали), единственной силой, действующей на него, является сила тяжести, направленная вертикально вниз (сопротивлением воздуха пренебрегаем).

Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела определяется равнодействующей всех сил: $m\vec{a} = \vec{F}_{рез}$. В данном случае $\vec{F}_{рез} = m\vec{g}$. Следовательно, $m\vec{a} = m\vec{g}$, откуда $\vec{a} = \vec{g}$.

Это означает, что на протяжении всего полёта — и при движении вверх, и в верхней точке траектории (где его скорость на мгновение равна нулю), и при движении вниз — тело движется с одинаковым ускорением, равным ускорению свободного падения $\vec{g}$.

Вес тела, движущегося с ускорением $\vec{a}$, определяется по формуле $P = m(g - a)$, если ускорение направлено вниз, и $P = m(g + a)$, если ускорение направлено вверх. В нашем случае ускорение $\vec{a}$ всё время равно $\vec{g}$ и направлено вниз. Таким образом, вес тела на протяжении всего полета равен $P = m(g - g) = 0$.

Следовательно, тело находится в состоянии невесомости всё время полёта.

Ответ: г) всё время полёта