Номер 4, страница 118, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 31. Сила. Вопросы и задания - номер 4, страница 118.

Условие.

4. Качели представляют собой доску (сиденье), подвешенную на верёвках. На доску действуют с силами, одинаковыми по модулю и направлению: в первом случае сила приложена к центру передней грани доски; во втором случае — к правому краю грани доски. Будет ли различаться характер движения качелей в описанных случаях?

Решение.

Решение

Характер движения твердого тела зависит не только от модуля и направления приложенной силы, но и от точки ее приложения. Движение тела можно рассматривать как сумму двух движений: поступательного движения его центра масс и вращательного движения вокруг центра масс.

Поступательное движение определяется суммарной силой, действующей на тело. Так как в обоих случаях приложенная сила одинакова по модулю и направлению, то и поступательное движение качелей (движение их центра масс) будет одинаковым.

Вращательное движение определяется моментом силы (или крутящим моментом) относительно центра масс. Момент силы $\text{M}$ равен произведению модуля силы $\text{F}$ на плечо $\text{l}$ (кратчайшее расстояние от центра масс до линии действия силы): $M = F \cdot l$. Если момент силы отличен от нуля, тело начинает вращаться.

Рассмотрим оба случая:

1. Сила приложена к центру передней грани доски.

В этом случае линия действия силы проходит через центр масс доски (предполагая, что доска симметрична). Плечо силы равно нулю ($l=0$). Следовательно, момент силы также равен нулю ($M=0$). Это означает, что вращательного движения не возникнет. Качели будут двигаться только поступательно, то есть качаться вперед и назад без закручивания.

2. Сила приложена к правому краю грани доски.

В этом случае точка приложения силы смещена относительно центра масс. Линия действия силы не проходит через центр масс, поэтому плечо силы больше нуля ($l > 0$). Это создает ненулевой момент силы, который вызовет вращение доски вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр масс. В результате качели будут совершать сложное движение: они будут не только двигаться поступательно (качаться вперед-назад), но и одновременно вращаться (закручиваться).

Таким образом, характер движения в двух случаях будет различным из-за наличия или отсутствия вращательного компонента движения.

Ответ: Да, характер движения качелей будет различаться. В первом случае качели будут совершать только поступательное движение (качаться). Во втором случае качели будут совершать и поступательное, и вращательное движение (качаться и одновременно закручиваться).