Номер 12.13, страница 40 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 12. Сила. Второй закон Ньютона. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 12.13, страница 40.

12.13 [д. 27] При увеличении скорости автомобиль может двигаться с ускорением $2 \text{ м/с}^2$. Какие силы со стороны каких тел и в каком направлении сообщают это ускорение автомобилю массой $1200 \text{ кг}$, человеку массой $80 \text{ кг}$?

Дано:

Ускорение, $a = 2 \text{ м/с}^2$
Масса автомобиля, $m_{авт} = 1200 \text{ кг}$
Масса человека, $m_{чел} = 80 \text{ кг}$

Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

Силы, сообщающие ускорение автомобилю и человеку (их источник, направление и величина).

Решение:

Согласно второму закону Ньютона, ускорение телу сообщает равнодействующая всех приложенных к нему сил. Величина этой силы ($F_{равн}$) определяется формулой:

$F_{равн} = m \cdot a$

где $m$ — масса тела, $a$ — его ускорение. Рассмотрим силы, действующие на автомобиль и на человека по отдельности.

1. Автомобиль

Ускорение автомобилю сообщает равнодействующая всех внешних сил, действующих на него в горизонтальном направлении. Эта равнодействующая сила складывается из движущей силы (силы тяги) и сил сопротивления (сопротивление воздуха, трение качения).

Движущей силой, которая толкает автомобиль вперед, является сила трения покоя со стороны дороги, действующая на ведущие колеса. Двигатель заставляет колеса вращаться, они отталкиваются от дорожного полотна назад, и по третьему закону Ньютона, дорога толкает колеса (а с ними и весь автомобиль) вперед.

Рассчитаем величину равнодействующей силы, которая необходима для сообщения автомобилю заданного ускорения:

$F_{авт} = m_{авт} \cdot a = 1200 \text{ кг} \cdot 2 \text{ м/с}^2 = 2400 \text{ Н}$

Эта равнодействующая сила направлена вперед, по ходу движения автомобиля.

Ответ: Ускорение автомобилю сообщает равнодействующая внешних сил величиной 2400 Н, направленная вперед. Движущей силой, создающей ускорение, является сила трения со стороны дороги, действующая на ведущие колеса и направленная вперед.

2. Человек

Человек, сидящий в автомобиле, движется вместе с ним, то есть с тем же ускорением $a = 2 \text{ м/с}^2$. Ускорение ему сообщает сила, с которой на него действует автомобиль. Поскольку человек сидит в кресле, при ускорении спинка сиденья давит на спину человека. Эта сила (сила реакции опоры) и является той силой, которая ускоряет человека.

Величина этой силы, действующей на человека, рассчитывается по второму закону Ньютона:

$F_{чел} = m_{чел} \cdot a = 80 \text{ кг} \cdot 2 \text{ м/с}^2 = 160 \text{ Н}$

Эта сила приложена к спине человека и направлена вперед, по ходу движения.

Ответ: Ускорение человеку сообщает сила давления со стороны спинки сиденья автомобиля. Величина этой силы равна 160 Н, она направлена вперед.