Номер 5, страница 42 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

IV. Силы вокруг нас. Смотрим и думаем - номер 5, страница 42.

Условие.

5. Рассмотрите рисунки опыта. К динамометру подвесили гирю и измерили её вес. Затем гирю с динамометром быстро опустили вниз и подняли вверх. По показаниям динамометров определите, какому состоянию движения они соответствуют.

Решение.

Дано:

Масса гири: $m = 200 \text{ г}$

Ускорение свободного падения: $g \approx 10 \text{ Н/кг}$

Перевод в СИ:

$m = 0.2 \text{ кг}$

Найти:

Состояние движения гири для каждого из трех случаев, показанных на рисунках.

Решение:

Вес тела – это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Когда тело покоится или движется равномерно, его вес $\text{P}$ равен силе тяжести $F_{тяж}$. Если тело движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально, его вес изменяется.

Для начала определим вес покоящейся гири (силу тяжести):

$P = F_{тяж} = m \cdot g = 0.2 \text{ кг} \cdot 10 \text{ Н/кг} = 2 \text{ Н}$

Теперь проанализируем каждый рисунок.

Рисунок 1 (слева)

На первом рисунке динамометр показывает силу, равную 2 Н. Это значение совпадает с рассчитанной силой тяжести ($P_1 = F_{тяж}$). Согласно первому закону Ньютона, если равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна нулю, то тело либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно. Это соответствует состоянию, когда вес гири измеряют в состоянии покоя.

Ответ: Гиря находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью.

Рисунок 2 (в центре)

На втором рисунке показания динамометра $P_2$ меньше 2 Н ($P_2 < F_{тяж}$). Такое уменьшение веса происходит, когда тело движется с ускорением $\text{a}$, направленным вниз. Согласно второму закону Ньютона (ось OY направлена вверх): $P_2 - F_{тяж} = -ma$. Отсюда вес тела: $P_2 = F_{тяж} - ma = m(g-a)$. Поскольку $P_2 < mg$, это означает, что тело движется с ускорением вниз. В условии сказано, что гирю "быстро опустили вниз", что и вызывает такое движение.

Ответ: Гиря движется с ускорением, направленным вниз (опускается ускоренно).

Рисунок 3 (справа)

На третьем рисунке показания динамометра $P_3$ больше 2 Н ($P_3 > F_{тяж}$). Такое увеличение веса (перегрузка) происходит, когда тело движется с ускорением $\text{a}$, направленным вверх. Согласно второму закону Ньютона (ось OY направлена вверх): $P_3 - F_{тяж} = ma$. Отсюда вес тела: $P_3 = F_{тяж} + ma = m(g+a)$. Поскольку $P_3 > mg$, это означает, что тело движется с ускорением вверх. В условии сказано, что гирю "подняли вверх", что соответствует такому движению.

Ответ: Гиря движется с ускорением, направленным вверх (поднимается ускоренно).