Номер 4, страница 6, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 3. Силы в механике. Параграф 35. Сила упругости - номер 4, страница 6.

Условие.

4. Человек тянет свободный конец лёгкого каната с горизонтально направленной силой, модуль которой равен 20 Н. Другой конец каната прикреплён к стене. Опишите силу, с которой канат действует на стену, ответив на четыре вопроса о силе.

Указание. При ответе на вопрос о модуле силы воспользуйтесь вторым законом Ньютона для каната и третьим законом Ньютона для взаимодействия каната со стеной.

а) ____________.

б) ____________.

в) ____________.

г) ____________.

Решение.

Дано:

Сила, с которой человек тянет канат, $F_{чел} = 20$ Н.

Масса каната $m_{к} \approx 0$ кг (канат лёгкий).

Найти:

Описать силу, с которой канат действует на стену ($F_{к \to с}$).

Решение:

Рассмотрим силы, действующие на канат в горизонтальном направлении. На свободный конец каната действует сила со стороны человека $F_{чел}$, направленная от стены. На прикреплённый к стене конец каната действует сила со стороны стены $F_{с \to к}$, направленная к стене.

Система находится в равновесии, поэтому ускорение каната равно нулю ($a=0$).

Согласно второму закону Ньютона, сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению его массы на ускорение: $\sum \vec{F} = m\vec{a}$.

Так как канат по условию лёгкий ($m_{к} \approx 0$) и находится в покое ($a=0$), то равнодействующая всех сил, приложенных к канату, равна нулю:

$\sum \vec{F} = \vec{F}_{чел} + \vec{F}_{с \to к} = 0$

В проекции на горизонтальную ось, направленную от стены, уравнение примет вид:

$F_{чел} - F_{с \to к} = 0$

Отсюда следует, что сила, с которой стена действует на канат, по модулю равна силе, с которой человек тянет канат:

$F_{с \to к} = F_{чел} = 20$ Н.

Нас интересует сила, с которой канат действует на стену ($F_{к \to с}$). Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

$\vec{F}_{к \to с} = - \vec{F}_{с \to к}$

Таким образом, модуль силы, с которой канат действует на стену, равен модулю силы, с которой стена действует на канат:

$F_{к \to с} = F_{с \to к} = 20$ Н.

Теперь опишем эту силу, ответив на четыре стандартных вопроса для описания вектора силы.

а) Модуль силы

Как следует из решения, основанного на втором и третьем законах Ньютона, модуль силы, с которой канат действует на стену, равен силе, с которой человек тянет канат.

Ответ: Модуль силы равен 20 Н.

б) Направление силы

По третьему закону Ньютона, эта сила противоположна по направлению силе, с которой стена действует на канат. Так как стена тянет канат к себе, то канат тянет стену от себя. Направление силы совпадает с направлением, в котором человек тянет канат.

Ответ: Сила направлена горизонтально от стены.

в) Точка приложения силы

Сила со стороны каната приложена к тому объекту, на который он действует, то есть к стене, в месте их контакта.

Ответ: Точка приложения силы находится на стене в месте крепления каната.

г) Природа силы

Сила, возникающая в канате при его растяжении, называется силой натяжения. По своей физической природе это сила упругости.

Ответ: Сила упругости (сила натяжения каната).