Номер 10.12, страница 32 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 10. Взаимодействие тел. Масса тел. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 10.12, страница 32.

10.12 [205] Рыба может двигаться вперёд, отбрасывая жабрами струи воды. Объясните это явление.

Решение

Движение рыбы, которое происходит за счет отбрасывания струи воды из жабр, является классическим примером реактивного движения. Это явление объясняется фундаментальными законами физики: законом сохранения импульса и третьим законом Ньютона.

1. С точки зрения закона сохранения импульса:

Рассмотрим систему, состоящую из рыбы и воды, которую она выбрасывает. Если до начала движения рыба находилась в покое, то суммарный импульс этой системы был равен нулю. Импульс тела — это векторная величина, равная произведению его массы на скорость ($ \vec{p} = m \vec{v} $).

Когда рыба с силой выталкивает из жаберных щелей порцию воды массой $m_{воды}$ со скоростью $\vec{v}_{воды}$, направленной назад, эта вода приобретает импульс $\vec{p}_{воды} = m_{воды} \cdot \vec{v}_{воды}$.

Согласно закону сохранения импульса, в замкнутой системе (где внешние силы пренебрежимо малы по сравнению с внутренними) полный импульс системы остается постоянным. Так как начальный импульс был равен нулю, то и после выбрасывания воды суммарный импульс системы «рыба + вода» должен остаться равным нулю.

$ \vec{p}_{рыбы} + \vec{p}_{воды} = 0 $

Отсюда следует, что импульс, который приобретает рыба, $\vec{p}_{рыбы}$, должен быть равен по модулю и противоположен по направлению импульсу выброшенной воды:

$ \vec{p}_{рыбы} = - \vec{p}_{воды} $

Это означает, что если вода была выброшена назад, то рыба получает импульс, направленный вперед, и начинает двигаться в этом направлении.

2. С точки зрения третьего закона Ньютона:

Это же явление можно объяснить и с помощью третьего закона Ньютона, который гласит, что силы всегда возникают парами. Сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия.

Рыба действует на воду с некоторой силой ($\vec{F}_{рыба \to вода}$), выталкивая ее назад. В тот же момент вода действует на рыбу с точно такой же по величине, но противоположно направленной силой противодействия, или силой реакции ($\vec{F}_{вода \to рыба}$).

$ \vec{F}_{вода \to рыба} = - \vec{F}_{рыба \to вода} $

Именно эта сила реакции, приложенная к рыбе и направленная вперед, и заставляет ее ускоряться и двигаться. По такому же принципу движутся ракеты, кальмары и медузы.

Ответ: Движение рыбы вперед при выбрасывании воды из жабр назад является проявлением реактивного движения. Оно основано на законе сохранения импульса: отбрасывая массу воды в одном направлении, рыба получает импульс в противоположном направлении, что заставляет ее двигаться вперед.