Номер 259, страница 39 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

259. Почему легче плыть, чем бежать по дну по пояс погружённым в воду?

Чтобы понять, почему плыть легче, чем бежать по дну, будучи по пояс в воде, необходимо рассмотреть силы, действующие на человека в обоих случаях, и затраты энергии на движение.

Когда человек бежит по дну, погруженный по пояс в воду, на него действуют несколько факторов, которые сильно затрудняют движение. Основные из них:

1. Сила сопротивления воды. Вода имеет значительно большую плотность и вязкость по сравнению с воздухом. Плотность воды примерно в 800 раз больше плотности воздуха. Из-за этого сила сопротивления, которую необходимо преодолевать для движения вперед, а также для простого перемещения ног, становится огромной. Движения, которые легки и эффективны при беге на суше, в воде требуют колоссальных усилий.

2. Неэффективная механика движения. Бег — это процесс, оптимизированный для передвижения по твердой поверхности в воздушной среде. В воде, чтобы сделать шаг, нужно сперва поднять ногу, преодолевая мощное сопротивление воды, а затем опустить ее. Этот процесс очень энергозатратен и медленен по сравнению с бегом на суше.

Когда человек плывет, физические условия кардинально меняются:

1. Сила Архимеда (выталкивающая сила). Вода действует на погруженное в нее тело с выталкивающей силой, направленной вверх. Эта сила почти полностью компенсирует силу тяжести, действующую на человека. В результате тело становится практически "невесомым". Человеку не нужно тратить энергию на поддержание вертикального положения и на поднятие веса собственного тела, как это происходит при беге.

2. Оптимизированное положение тела и способ передвижения. При плавании тело обычно принимает горизонтальное, обтекаемое положение. Это значительно уменьшает площадь поперечного сечения по направлению движения и, как следствие, снижает силу лобового сопротивления воды по сравнению с вертикальной стойкой при беге. Кроме того, движения руками и ногами в плавании специально приспособлены для создания движущей силы путем отталкивания от воды — это эффективный способ передвижения именно в жидкой среде.

Таким образом, ключевое различие заключается в том, что при беге в воде она выступает в роли главного препятствия, создающего огромное сопротивление. При плавании же вода является средой, которая, с одной стороны, поддерживает тело (устраняя необходимость бороться с гравитацией), а с другой — служит опорой для создания движущей силы.

Ответ: Плыть легче, потому что выталкивающая сила воды (сила Архимеда) почти полностью компенсирует силу тяжести, делая тело практически невесомым, и человек принимает горизонтальное обтекаемое положение, что уменьшает сопротивление движению. При беге же по дну приходится преодолевать огромное сопротивление воды при каждом движении ногами и телом, что требует значительно больших энергетических затрат.