Номер 16.5, страница 53 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 16. Графическое изображение сил. Третий закон Ньютона. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 16.5, страница 53.

16.5 [н] Нарисуйте шар, подвешенный на нити, и изобразите силы, соответствующие проявлению третьего закона Ньютона.

Решение

Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Важно, что эти силы, составляющие пару «действие-противодействие», всегда приложены к разным телам и имеют одинаковую физическую природу. Рассмотрим систему, состоящую из шара, нити и Земли, и найдем в ней пары сил, иллюстрирующие этот закон.

1. Гравитационное взаимодействие между шаром и Землей.
- Земля притягивает шар с силой тяжести $\vec{F}_{тяж}$. Эта сила приложена к центру масс шара и направлена вертикально вниз.
- Согласно третьему закону Ньютона, шар притягивает Землю с точно такой же по модулю и противоположной по направлению силой $\vec{F'}_{тяж}$. Эта сила приложена к центру Земли и направлена вертикально вверх.
Эта пара сил ($\vec{F}_{тяж}$ и $\vec{F'}_{тяж}$) является проявлением третьего закона Ньютона: $\vec{F}_{тяж} = - \vec{F'}_{тяж}$.

2. Взаимодействие упругости между шаром и нитью.
- Нить действует на шар с силой натяжения $\vec{T}$. Эта сила приложена к точке подвеса шара и направлена вертикально вверх вдоль нити.
- Согласно третьему закону Ньютона, шар действует на нить с силой, которую называют весом $\vec{P}$. Эта сила приложена к нити в точке крепления и направлена вертикально вниз.
Эта пара сил ($\vec{T}$ и $\vec{P}$) также является проявлением третьего закона Ньютона: $\vec{T} = - \vec{P}$.

Изображение сил на рисунке:
На схематическом рисунке, где показаны точка подвеса, нить, шар и Земля, силы должны быть изображены следующим образом:
- От центра шара вниз — вектор силы тяжести $\vec{F}_{тяж}$.
- От точки крепления нити к шару вверх — вектор силы натяжения $\vec{T}$.
- От точки крепления шара к нити вниз (этот вектор приложен к нити) — вектор веса $\vec{P}$.
- От центра Земли вверх — вектор силы притяжения Земли шаром $\vec{F'}_{тяж}$.

Важно не путать пары сил третьего закона Ньютона с силами, которые уравновешивают друг друга по первому закону Ньютона. Силы $\vec{F}_{тяж}$ и $\vec{T}$ приложены к одному телу (шару) и в состоянии покоя компенсируют друг друга. Они не являются парой «действие-противодействие», так как приложены к одному телу и имеют разную природу (гравитационную и упругую).

Ответ: Силами, соответствующими проявлению третьего закона Ньютона для шара, подвешенного на нити, являются две пары:
1) Сила тяжести $\vec{F}_{тяж}$ (Земля действует на шар) и сила $\vec{F'}_{тяж}$ (шар действует на Землю).
2) Сила натяжения нити $\vec{T}$ (нить действует на шар) и вес $\vec{P}$ (шар действует на нить).
В каждой паре силы равны по модулю, противоположны по направлению и приложены к разным взаимодействующим телам.