Номер 5, страница 67 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

5. Какое движение называют реактивным? Приведите примеры.

1. Закон сохранения импульса является одним из фундаментальных законов физики. Он гласит, что в замкнутой (или изолированной) системе тел, то есть в системе, на которую не действуют внешние силы или их векторная сумма равна нулю, векторная сумма импульсов всех тел, составляющих эту систему, является величиной постоянной.

Импульс тела (или количество движения) — это векторная физическая величина, равная произведению массы тела $m$ на его скорость $\vec{v}$: $\vec{p} = m\vec{v}$.

Математически закон сохранения импульса для системы, состоящей из $N$ тел, записывается следующим образом:

$\vec{p_1} + \vec{p_2} + \ldots + \vec{p_N} = \text{const}$

Это означает, что суммарный импульс системы тел до любого взаимодействия внутри этой системы равен суммарному импульсу системы после взаимодействия. Например, для двух взаимодействующих тел:

$m_1\vec{v_1} + m_2\vec{v_2} = m_1\vec{v'_1} + m_2\vec{v'_2}$

где $m_1, m_2$ — массы тел, $\vec{v_1}, \vec{v_2}$ — их скорости до взаимодействия, а $\vec{v'_1}, \vec{v'_2}$ — их скорости после взаимодействия.

Данный закон является прямым следствием второго и третьего законов Ньютона. В замкнутой системе тела могут взаимодействовать только друг с другом, и силы этого взаимодействия (внутренние силы) согласно третьему закону Ньютона всегда равны по модулю и противоположны по направлению. Поэтому суммарное изменение импульса всей системы равно нулю.

Ответ: Векторная сумма импульсов всех тел замкнутой системы есть величина постоянная. Математически это выражается формулой $\vec{p_1} + \vec{p_2} + \ldots + \vec{p_N} = \text{const}$.

5. Реактивным движением называют движение тела, которое возникает в результате отделения от него некоторой его части с определённой скоростью. При этом само тело приобретает скорость, направленную в противоположную сторону.

Физическая основа реактивного движения — закон сохранения импульса. Представим тело (например, ракету с топливом) в состоянии покоя. Его суммарный импульс равен нулю. Когда от тела отделяется его часть (например, струя раскаленных газов), она приобретает некоторый импульс. Чтобы суммарный импульс системы "тело + отделенная часть" по-прежнему оставался равным нулю (согласно закону сохранения импульса для замкнутой системы), оставшаяся часть тела должна приобрести импульс, равный по величине и противоположный по направлению импульсу отделившейся части.

Если масса тела равна $M$, а его скорость $\vec{V}$, а масса отделившейся части — $m$ и её скорость — $\vec{u}$, то для системы, изначально покоившейся, закон сохранения импульса имеет вид:

$M\vec{V} + m\vec{u} = 0$

Отсюда $M\vec{V} = -m\vec{u}$. Знак "минус" указывает на то, что скорости тела и отделившейся части направлены в противоположные стороны.

Примеров реактивного движения много как в технике, так и в природе.

Примеры в технике:

Движение ракет и космических аппаратов, которые ускоряются за счёт выбрасывания струи продуктов сгорания топлива. Движение реактивных самолётов, тяга которых создаётся турбореактивным двигателем, выбрасывающим назад струю горячих газов. Движение водных мотоциклов (гидроциклов), которые движутся за счёт выбрасывания мощной струи воды.

Примеры в природе:

Многие головоногие моллюски, такие как кальмары, осьминоги и каракатицы, передвигаются, вбирая в себя воду, а затем с силой выталкивая её через специальный сифон. Растение "бешеный огурец" при созревании "выстреливает" свои семена вместе со слизью, разбрасывая их на расстояние.

Ответ: Реактивное движение — это движение, возникающее при отделении от тела его части с некоторой скоростью, которое объясняется законом сохранения импульса. Примеры: полёт ракеты, движение кальмара, движение реактивного самолёта.