Номер 3, страница 11, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 3. Силы в механике. Параграф 37. Сила реакции опоры. Вес - номер 3, страница 11.

Условие.

3. На лёгкой нити, прикреплённой одним концом к потолку комнаты, подвешен груз массой $m = 10$ кг. Сделайте рисунок по условию задачи и изобразите на нём силы, действующие на груз и на нить.

Используя второй и третий законы Ньютона, найдите значения сил и заполните таблицу.

Сила	Название силы (обозначение)	Модуль силы, Н
1
2
3
4

Решение.

Рисунок по условию задачи и силы, действующие на груз и на нить:

На схематическом рисунке показан груз в виде прямоугольника, подвешенный на лёгкой нити к потолку (горизонтальная линия). Отдельно для наглядности показаны силы, действующие на груз и на нить.

Силы, действующие на груз:

1. Сила тяжести ($\vec{F}_g$), приложена к центру масс груза и направлена вертикально вниз.

2. Сила натяжения нити ($\vec{T}_1$), приложена к точке крепления груза к нити и направлена вертикально вверх.

Силы, действующие на нить:

1. Вес груза ($\vec{P}$), сила, с которой груз действует на нить. Приложена к нижнему концу нити и направлена вертикально вниз.

2. Сила натяжения нити со стороны потолка ($\vec{T}_2$), приложена к верхнему концу нити и направлена вертикально вверх.

Дано:

$m = 10 \text{ кг}$

Найти:

Найти значения сил и заполнить таблицу.

Решение:

Для решения задачи примем ускорение свободного падения $g \approx 10 \text{ м/с}^2$, что является стандартным приближением для школьных задач.

1. Определение сил, действующих на груз.

На груз действуют две силы: сила тяжести $\vec{F}_g$ и сила натяжения нити $\vec{T}_1$. Груз находится в состоянии покоя, следовательно, его ускорение равно нулю ($a=0$). Согласно второму закону Ньютона, векторная сумма всех сил, приложенных к телу, равна нулю:

$\vec{F}_g + \vec{T}_1 = 0$

Выберем ось координат OY, направленную вертикально вверх. В проекции на эту ось уравнение примет вид:

$T_1 - F_g = 0$

Отсюда следует, что модуль силы натяжения нити, действующей на груз, равен модулю силы тяжести:

$T_1 = F_g$

Рассчитаем модуль силы тяжести по формуле:

$F_g = m \cdot g = 10 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с}^2 = 100 \text{ Н}$

Таким образом, модуль силы натяжения нити, действующей на груз, также равен $T_1 = 100 \text{ Н}$.

2. Определение сил, действующих на нить.

На лёгкую (невесомую) нить действуют две силы: сила, с которой груз тянет нить вниз — это вес груза $\vec{P}$, и сила, с которой потолок тянет нить вверх — сила натяжения $\vec{T}_2$.

Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой нить действует на груз ($\vec{T}_1$), и сила, с которой груз действует на нить ($\vec{P}$), равны по модулю и противоположны по направлению. Это пара "действие-противодействие".

$P = T_1 = 100 \text{ Н}$

Поскольку нить также находится в равновесии, по второму закону Ньютона, сумма сил, действующих на нить, равна нулю:

$\vec{P} + \vec{T}_2 = 0$

В проекции на ось OY:

$T_2 - P = 0$

Следовательно, модуль силы натяжения нити со стороны потолка равен модулю веса груза: $T_2 = P = 100 \text{ Н}$.

Мы определили модули всех четырёх сил, действующих в системе. Теперь можно заполнить таблицу.

Ответ:

Сила	Название силы (обозначение)	Модуль силы, Н
1	Сила тяжести, действующая на груз ($F_g$)	100
2	Сила натяжения нити, действующая на груз ($T_1$)	100
3	Вес груза (сила, с которой груз действует на нить) ($\text{P}$)	100
4	Сила натяжения нити со стороны потолка ($T_2$)	100