Номер 15, страница 87, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава III. Движение и взаимодействие тел. Параграф 11. Закон инерции. Масса тела - номер 15, страница 87.

Условие.

15. При выполнении циркового номера один атлет бьёт тяжёлым молотом по массивной каменной плите, лежащей на груди другого атлета. Опасен ли этот номер? Обоснуйте свой ответ.

Решение.

Данный цирковой номер, несмотря на свою кажущуюся опасность, основан на законе инерции. При правильном выполнении он является относительно безопасным для атлета, на груди которого лежит плита, благодаря её большой массе.

Обоснование:

Основным физическим принципом, обеспечивающим безопасность атлета, является инерция. Инерция — это свойство тела сохранять свою скорость (состояние покоя или равномерного прямолинейного движения) при отсутствии внешних воздействий. Мерой инертности тела является его масса.

1. Каменная плита, используемая в номере, обладает очень большой массой ($\text{m}$) и, следовательно, большой инертностью. Чтобы сдвинуть её с места или придать ей заметную скорость, требуется приложить значительную силу в течение длительного времени.

2. Удар молотом является кратковременным. Он передает плите импульс силы $F \cdot \Delta t$, где $\text{F}$ — сила удара, а $\Delta t$ — очень малое время взаимодействия. Согласно второму закону Ньютона, этот импульс изменяет импульс плиты: $F \cdot \Delta t = \Delta p = m \cdot \Delta v$.

3. Из этой формулы можно выразить изменение скорости плиты: $\Delta v = \frac{F \cdot \Delta t}{m}$. Поскольку масса плиты $\text{m}$ в знаменателе очень велика, изменение её скорости $\Delta v$ оказывается ничтожно малым. Плита практически не приходит в движение.

4. Так как плита почти не сдвигается, она не передает на грудную клетку атлета силу, способную причинить вред. Большая часть энергии удара молота расходуется на локальную деформацию плиты (иногда на её раскалывание), а также преобразуется в тепло и звук.

Если бы вместо массивной плиты использовался лёгкий предмет, например, доска, то из-за её малой массы тот же удар молота придал бы ей очень большую скорость, что привело бы к тяжелой травме атлета.

Таким образом, номер опасен лишь на первый взгляд. Однако он требует высочайшего профессионализма, так как любая ошибка (например, промах молотом) может быть фатальной.

Ответ: Этот номер не так опасен, как кажется, благодаря большой массе каменной плиты. В силу своей большой инертности плита практически не изменяет свою скорость от кратковременного удара молотом. В результате на тело атлета не передается опасная сила. Тем не менее, как и любой цирковой трюк, он сопряжен с риском и требует безупречного исполнения.