Номер 2, страница 41 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

IV. Силы вокруг нас. Смотрим и думаем - номер 2, страница 41.

Условие.

2. Рассмотрите рисунки, где изображены две ситуации, при которых, для того чтобы раскачать качели, висящие на верёвках, на качели действуют с силой, одинаковой по модулю и направлению. Будет ли отличаться характер движения качелей? Объясните свой ответ.

Решение.

Решение

Да, характер движения качелей в двух представленных ситуациях будет отличаться. Это связано с понятием момента силы.

Движение твёрдого тела зависит не только от величины и направления приложенной силы, но и от точки её приложения. Действие силы характеризуется двумя эффектами: она вызывает поступательное движение (перемещение центра масс тела) и вращательное движение (поворот тела вокруг оси).

1. Поступательное движение. Поскольку в обоих случаях к качелям приложена сила $\vec{F}$, одинаковая по модулю и направлению, то ускорение, сообщаемое центру масс качелей, будет одинаковым. Это значит, что само движение качелей вперёд (раскачивание) в начальный момент будет идентичным.

2. Вращательное движение. Вращательный эффект силы описывается моментом силы (или вращающим моментом), который равен произведению модуля силы на её плечо: $M = F \cdot l$. Плечо силы $\text{l}$ — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.

• В первом случае (рисунок 1) сила приложена к центру качелей. Если рассмотреть возможную ось вращения, проходящую вертикально через центр качелей, то линия действия силы проходит через эту ось. Следовательно, плечо силы равно нулю ($l_1 = 0$), и момент силы также равен нулю ($M_1 = 0$). Качели не будут закручиваться, а будут двигаться только поступательно.
• Во втором случае (рисунок 2) сила приложена к краю качелей. Относительно той же вертикальной оси, проходящей через центр, плечо силы не равно нулю ($l_2 > 0$). Поэтому возникает ненулевой вращающий момент $M_2 = F \cdot l_2$, который заставит качели вращаться (закручиваться) в горизонтальной плоскости одновременно с их поступательным движением.

Таким образом, хотя силы одинаковы, результат их действия на движение качелей будет разным из-за различных точек приложения.

Ответ: Да, характер движения будет отличаться. В первом случае качели будут двигаться только поступательно (раскачиваться). Во втором случае, помимо поступательного движения, качели также начнут вращаться вокруг вертикальной оси, так как приложенная к краю сила создаёт вращающий момент.