Номер 10.8, страница 32 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 10. Взаимодействие тел. Масса тел. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 10.8, страница 32.

10.8° [201°] Почему трубка не отклоняется, если на пути вытекающей из неё воды (см. задачу 10.7) поместить картонку, укреплённую на трубке, как показано на рисунке II-27?

Рис. II-27

Решение

Рассмотрим силы, действующие на систему «трубка + картонка» в горизонтальном направлении.

1. Когда вода вытекает из изогнутого конца трубки, она приобретает определенный импульс. Согласно закону сохранения импульса, на трубку начинает действовать сила отдачи (реактивная сила), направленная в сторону, противоположную направлению вытекающей струи. Если струя вытекает вправо, то реактивная сила $F_{реак}$ направлена влево. Ее модуль равен скорости изменения импульса вытекающей воды: $F_{реак} = \frac{\Delta m}{\Delta t} v$, где $\frac{\Delta m}{\Delta t}$ – массовый расход воды (масса воды, вытекающая в единицу времени), а $v$ – скорость струи. Эта сила стремится отклонить трубку влево.

2. Вытекшая из трубки струя воды ударяется о картонку, которая неподвижно закреплена на самой трубке. При столкновении с преградой струя передает ей свой импульс. В результате на картонку действует сила давления $F_{удар}$, направленная в ту же сторону, что и скорость струи, то есть вправо. Если предположить, что при ударе горизонтальная составляющая скорости воды становится равной нулю, то модуль силы удара будет равен: $F_{удар} = \frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{\Delta m \cdot v}{\Delta t} = \frac{\Delta m}{\Delta t} v$.

Таким образом, на единую жесткую систему «трубка + картонка» действуют две равные по модулю ($|F_{реак}| = |F_{удар}|$) и противоположные по направлению горизонтальные силы. Реактивная сила приложена к трубке и направлена влево, а сила удара струи приложена к картонке и направлена вправо. Так как картонка является частью системы, эти силы взаимно компенсируют друг друга. Суммарная внешняя сила в горизонтальном направлении равна нулю, поэтому система остается в равновесии, и трубка не отклоняется.

Ответ: Трубка не отклоняется, потому что реактивная сила, возникающая при вытекании воды и действующая на трубку, уравновешивается силой давления этой же струи воды на картонку, жестко связанную с трубкой. Эти две силы равны по величине и противоположны по направлению, поэтому их равнодействующая равна нулю.