Номер 7, страница 9, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 3. Силы в механике. Параграф 36. Зависимость силы упругости от деформации. Закон Гука - номер 7, страница 9.

Условие.

7*. Подвешенный к потолку на пружине шарик совершает колебательное движение вдоль вертикальной оси. На рис. 5 показаны положения шарика и указаны значения его ускорения (положительное, отрицательное или равное нулю) в выбранной системе отсчёта в три разных момента времени.

Рис. 5

1) Под действием каких сил движется шарик?

2) Сколько сил действует на шарик?

3) Куда направлена сила тяжести?

4) Куда направлена сумма действующих на шарик сил в случаях а – в?

а) _________

б) _________

в) _________

5) Куда направлена действующая на шарик сила упругости пружины в случаях а, в?

а) _________

в) _________

Можно ли однозначно ответить на этот вопрос в случае б?

6) Куда направлена сила, действующая на пружину со стороны шарика в случаях а, в?

а) _________

в) _________

Можно ли однозначно ответить на этот вопрос в случае б?

Решение.

1) Под действием каких сил движется шарик?

Шарик движется под действием двух основных сил: силы тяжести и силы упругости пружины. Сила тяжести обусловлена гравитационным притяжением шарика к Земле и всегда направлена вертикально вниз. Сила упругости возникает в пружине при её деформации (растяжении или сжатии) и направлена в сторону, противоположную смещению конца пружины от положения, в котором пружина не деформирована. В задачах такого типа сопротивлением воздуха обычно пренебрегают. Ответ: Шарик движется под действием силы тяжести и силы упругости пружины.

2) Сколько сил действует на шарик?

На шарик действуют две силы: сила тяжести и сила упругости. Ответ: Две силы.

3) Куда направлена сила тяжести?

Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли. В выбранной системе отсчета, где ось X направлена вниз, сила тяжести направлена вдоль оси X. Ответ: Вертикально вниз.

4) Куда направлена сумма действующих на шарик сил в случаях а – в?

Согласно второму закону Ньютона, сумма всех сил (равнодействующая сила), действующих на тело, равна произведению массы тела на его ускорение: $\vec{F}_{равн} = m\vec{a}$. Направление равнодействующей силы всегда совпадает с направлением ускорения.

а) В случае `а` ускорение равно нулю ($a = 0$). Следовательно, и сумма действующих на шарик сил равна нулю. Ответ: Сумма сил равна нулю, направления не имеет.

б) В случае `б` ускорение положительно ($a > 0$). Так как ось X направлена вниз, положительное ускорение означает, что оно направлено вниз. Следовательно, сумма действующих сил также направлена вниз. Ответ: Вниз.

в) В случае `в` ускорение отрицательно ($a < 0$). Это означает, что ускорение направлено в сторону, противоположную оси X, то есть вверх. Следовательно, сумма действующих сил также направлена вверх. Ответ: Вверх.

5) Куда направлена действующая на шарик сила упругости пружины в случаях а, в? Можно ли однозначно ответить на этот вопрос в случае б?

а) В случае `а` ускорение шарика равно нулю ($a = 0$). Это означает, что шарик находится в положении равновесия. В этом положении сила тяжести, направленная вниз, полностью компенсируется силой упругости. Следовательно, сила упругости, действующая на шарик, направлена вверх. Ответ: Вверх.

в) В случае `в` ускорение шарика отрицательно ($a < 0$), то есть направлено вверх. Равнодействующая сила, являющаяся векторной суммой силы тяжести (направлена вниз) и силы упругости, также направлена вверх. Это возможно только в том случае, если сила упругости направлена вверх и по модулю превышает силу тяжести. Ответ: Вверх.

В случае `б` ускорение шарика положительно ($a > 0$), то есть направлено вниз. Это означает, что шарик находится выше положения равновесия. Однако это положение может быть как ниже точки, где пружина не деформирована (в этом случае пружина растянута, и сила упругости направлена вверх), так и выше этой точки (в этом случае пружина сжата, и сила упругости направлена вниз). Поскольку из условия $a > 0$ нельзя определить, растянута пружина или сжата (это зависит от амплитуды колебаний), однозначно определить направление силы упругости невозможно. Ответ: Нет, однозначно ответить на этот вопрос в случае `б` нельзя.

6) Куда направлена сила, действующая на пружину со стороны шарика в случаях а, в? Можно ли однозначно ответить на этот вопрос в случае б?

Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой шарик действует на пружину, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой пружина действует на шарик (силе упругости).

а) В случае `а` сила упругости, действующая на шарик, направлена вверх. Следовательно, сила, действующая на пружину со стороны шарика, направлена вниз. Ответ: Вниз.

в) В случае `в` сила упругости, действующая на шарик, также направлена вверх. Следовательно, сила, действующая на пружину со стороны шарика, направлена вниз. Ответ: Вниз.

Поскольку в случае `б` направление силы упругости, действующей на шарик, определить однозначно нельзя, то и направление силы, действующей на пружину со стороны шарика, также определить однозначно нельзя. Ответ: Нет, однозначно ответить на этот вопрос в случае `б` нельзя.