Номер 19, страница 88, 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 19, страница 88.

Условие.

19. Наблюдение зависимости изменения скорости тела от его массы при взаимодействии

Один конец наклонного желоба закрепите в лапке штатива, а у другого его конца разместите деревянный брусок. Отпустите без толчка с верхнего конца желоба металлический шарик. Скатившись, шарик ударит брусок, в результате чего брусок сдвинется. Измерьте расстояние, на которое сместится брусок после удара шарика. Поместите на брусок груз и повторите опыт. Сравните полученные результаты и запишите вывод.

Рис. 11.4

Решение.

Сравнение полученных результатов

В ходе проведения данного эксперимента будет установлено, что расстояние, на которое смещается деревянный брусок после удара металлического шарика, зависит от массы бруска. В первом опыте, когда шарик ударяет брусок без дополнительного груза, брусок смещается на некоторое расстояние $s_1$. Во втором опыте, когда на брусок помещен груз (т.е. его общая масса увеличилась), после удара того же шарика, скатившегося с той же высоты, брусок сместится на расстояние $s_2$. При сравнении результатов будет обнаружено, что $s_2 < s_1$.

Ответ: Расстояние, на которое сместится брусок с грузом, будет меньше, чем расстояние, на которое сместился брусок без груза.

Вывод

Этот эксперимент демонстрирует зависимость изменения скорости тела от его массы при взаимодействии. Это явление описывается понятием инертности: чем больше масса тела, тем в меньшей степени оно изменяет свою скорость при заданном воздействии.

1. Шарик, скатываясь с одной и той же высоты, приобретает одну и ту же скорость $v_{ш}$ и, следовательно, один и тот же импульс $p_{ш} = m_{ш}v_{ш}$ перед столкновением с бруском.

2. В момент столкновения происходит взаимодействие, в результате которого брусок приходит в движение. Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс системы «шарик-брусок» до и после удара сохраняется. Для скорости $\text{V}$ бруска сразу после удара можно записать (считая удар неупругим): $m_{ш}v_{ш} = (m_{ш} + M)V$, где $\text{M}$ — масса бруска (или бруска с грузом). Отсюда скорость бруска после взаимодействия: $V = \frac{m_{ш}v_{ш}}{m_{ш} + M}$.

3. В первом опыте масса бруска $M_1$, а во втором — $M_2 = M_1 + m_{груз}$. Поскольку $M_2 > M_1$, скорость бруска после удара во втором случае ($V_2$) будет меньше, чем в первом ($V_1$), так как знаменатель в формуле для скорости увеличился.

4. Таким образом, тело с большей массой приобретает меньшее изменение скорости при одинаковом взаимодействии. Расстояние, которое проходит брусок до остановки под действием силы трения, зависит от его начальной кинетической энергии ($E_k = \frac{1}{2}MV^2$). Так как начальная скорость $V_2$ меньше, то и кинетическая энергия, и, как следствие, путь до остановки $s_2$ будут меньше.

Ответ: В результате взаимодействия изменение скорости тела обратно пропорционально его массе. Чем больше масса тела, тем меньшее изменение скорости оно получает при одинаковом воздействии.